微電子組裝歷史發(fā)展

微電子組裝技術的發(fā)展始于20世紀40年代末和50年代初的微模組件和后來發(fā)展的薄膜和厚膜混合電路及微波集成電路。70年代以來,微電子組裝技術發(fā)展更快,又出現了芯片載體、載帶、大面積多芯片多層厚膜電路。

70年代末至80年代初，門陣列芯片、密封載體－陶瓷基板、被釉鋼基板和表面安裝印制線路板組件得到廣泛應用，多層薄膜混合電路和有機聚合物厚膜電路也在迅速發(fā)展。

微電子組裝與常規(guī)的電子組裝的主要區(qū)別在于所用的元件、器件、組裝結構和互連手段不同。前者以芯片(載體、載帶、小型封裝器件等)多層細線基板（陶瓷基板、表面安裝的細線印制線路板、被釉鋼基板等）為基礎；后者以常規(guī)的元件、器件－印制線路板為基礎。微電子組裝的組裝密度可比常規(guī)電子組裝高5倍以上,互連密度高6～25倍，乃至100倍（薄膜布線技術），因此能減小電子設備的體積、減輕重量、加快運算速度（信號傳輸延遲時間減小）、提高可靠性、減少組裝級。

根據電原理圖或邏輯圖，運用微電子技術和高密度組裝技術，將微電子器件和微小型元件組裝成適用的、可生產的電子硬件的技術過程。

微電子組裝是新一代電子組裝技術。它是一門新型的電路、工藝、結構、元件、器件緊密結合的綜合性技術，涉及到集成電路固態(tài)技術、厚膜技術、薄膜技術、電路技術、互連技術、微電子焊接技術、高密度組裝技術、散熱技術、計算機輔助設計、計算機輔助生產、計算機輔助測試技術和可靠性技術等領域。

微電子組裝一方面盡可能減小芯片和元件、器件的安裝面積、互連線尺寸和長度，以提高組裝密度和互連密度；另一方面則盡可能擴大基板尺寸和布線層數，以容納盡可能多的電路器件,完成更多、更重要的功能,從而減少組裝層次和外連接點數。

微電子組裝高集成度的芯片

采用集成度高的芯片，如集成電路芯片、晶體管芯片、電阻芯片、電容芯片以及其他微型元件、器件（如小型封裝集成電路、晶體管），以取代常規(guī)的元件、器件等。改進芯片安裝方法是縮小體積、提高組裝互連密度、提高可靠性的一項重要技

①　倒裝片法和線焊法：屬直接安裝法，安裝面積小，但芯片不能預測（老化篩選），影響混合電路或微電子組裝組件的合格率和可靠性。

②　芯片載體法：這是一種可預測的微小型芯片封裝型式，四邊和底部都引出焊區(qū)（或引線）,最多達300多個。載體有多種結構型式（圖1）。帶有塔狀散熱器的有引線密封的載體和 4芯片的載體。密封陶瓷載體的可靠性高，應用廣，其面積約為雙列直插式外殼的1/4～1/20（圖2）。

③　載帶法：一種供芯片安裝、互連、預測的特殊軟性印制線路，外形像電影膠卷。其特點是自動化生產程度高?，F代采用的技術有載帶自動焊接技術和凸點載帶自動焊接技術。

微電子組裝微小型高密度互連

包括厚膜混合電路、薄膜混合電路、微波集成電路。

①　密封載體－多層細線基板組件是采用高密度互連和組裝技術的一種組件。這種組件的優(yōu)點是：可使用各種基板（如陶瓷基板、被釉鋼基板、印制線路板和酚醛紙板等）；敏感的芯片可封裝在密封載體中，組件不需要大封裝外殼,體積重量遠小于混合電路;工藝性、可調試性、可維修性好；散熱性好；用氣相重熔焊技術可以在基板兩面都安裝載體，提高組裝密度。

②　多層陶瓷基板是現代用得最多的一種基板，絲網印刷厚膜導體線寬一般為0.1～0.2毫米，布線網格間距 0.25～0.5毫米。其制造方法有干法和濕法兩種。干法布線層數一般不超過10層，濕法布線層數可做到33層，但其制造工藝比干法復雜。在一塊基板上可組裝多達一百多個芯片（載體、載帶），其功能相當于常規(guī)電子組裝的一個分機、分系統乃至整機。這樣，組裝層次和外互連接點數就大為減少。數字電路或模擬電路的印制電路板部件可用芯片（載體、載帶）－基板組件實現微電子組裝，其體積、重量可縮小為原來的五分之一至幾十分之一。

細線印制板表面安裝技術也是一種新的微電子組裝方法。

③　有機聚合物厚膜電路是在酚醛紙板、環(huán)氧玻璃纖維布板等基板上印刷的有機聚合物厚膜電路。它可與芯片、載體、載帶組裝和焊接，其特點是固化溫度低、價廉。

④　有機薄膜多層薄膜電路的互連布線密度比厚膜電路的高，布線網格可達0.1毫米，甚至更小。

⑤　微波組件包括單芯片微波集成電路和微波功放組件。前者是將微波晶體管和微波集成電路做在一片很小的砷化鎵基片上；后者是將微波晶體管－載體組裝在氧化鋁基板微波集成電路上。L波段輸出功率100瓦，可使發(fā)射機固態(tài)化、小型化，已用于相控陣雷達。

IBM3081處理機熱傳導組件是一種新型的微電子組件。它采用濕法28～33層布線，在90×90毫米陶瓷基板上安裝 118個大規(guī)模集成高速雙極型邏輯電路芯片和門陣列芯片。每個芯片有120多個焊區(qū),按0.25×0.25毫米網格矩陣排列。組件共含35萬個通孔,厚膜導體最細0.08毫米，其生產、檢測、調試過程全由計算機控制。輸入和輸出為1800個針陣列引線，通過零插拔力插座與大型20層細線印制板（600×700毫米）互連。由于功耗達300瓦,采取活塞頂住芯片導熱、水冷、充氦等散熱措施,使所有芯片的結溫保持。后來日本和美國又研制成功微間隙導熱、風冷散熱組件，使組件結構更為簡單、輕巧。

微電子組裝更高級微電子

70年代末到80年代初，機載、彈載、艦載電子設備采用密度更高的微電子組裝產品。例如，有一種機載計算機由 8塊108×150毫米的密封載體-多層陶瓷基板構成，體積僅有30×160×230毫米。IBM公司的4381計算機采用22個微間隙導熱風冷組件（每個組件尺寸為64×64毫米，含31～36個大規(guī)模集成芯片）裝在一塊600×700毫米22層細線印制板上。只用一塊印制電路板完成常規(guī)電子組裝的一個機柜才能完成的中央處理器功能。日本電氣公司的SX-2超級計算機采用先進的高速大規(guī)模集成芯片和高速高密度微電子組裝技術實現了6納秒機器周期，每秒 13億次浮點運算速度。

散熱冷卻技術

微電子組裝的關鍵技術之一。由于體積小、電路密度高和功率密度大，新型單芯片功率最大達12瓦，組件功率密度達4瓦/厘米2。因此，必須采用高效的冷卻方法。除一般加散熱器風冷外，還有冷板、液冷、熱管、沸騰冷卻等方式

微小型連接器

它尺寸小，插腳多，接觸可靠，具有零插拔力或低插拔力。

微電子組裝設計

在設計中必須考慮電路劃分、組裝結構、布線設計、信號傳輸延遲、分布參數的影響、阻抗匹配、串擾抑制、電源、地系統的壓降、共耦、去耦、屏蔽、散熱等問題。

微電子組裝工藝

主要包括精細基板制造、芯片安裝、焊接、老化測試、密封、電路調試等工藝技術。

用大規(guī)模、超大規(guī)模、超高速集成電路需要結合先進的組裝技術，方能做出先進的電子設備。現代電子設備，對微電子組裝的要求越來越高。正在研究中的新的微電子組裝技術，還有多基板高密度疊裝組件、新的多層細線基板技術、散熱技術、不需焊接的微互連技術以及聲、光、電結合的微電子組裝技術等。

電子設備的組裝是將各種電子元器件、機電元件及結構件，按照設計要求，裝接在規(guī)定的位置上，組成具有一定功能的完整的電子產品的過程。組裝內容主要有：單元的劃分；元器件的布局；各種元件、部件、結構件的安裝；整機連裝等。在組裝過程中，根據組裝單位的大小、尺寸、復雜程度和特點的不同，將電子設備的組裝分成不同的等級，一般分為四級：

第一級組裝，稱為元件級，是最低的組裝級別，其特點是結構不可分割。通常指通用電路元件、分立元件及其按需要構成的組件、集成電路組件等。

第二級組裝，稱為插件級，用于組裝和互聯第一級元器件。例如，裝有元器件的印制電路板或插件等。

第三級組裝，稱為底板級。用于安裝和互聯第二級組裝的插件或印制電路板部件。

第四級組裝及更高級別的組裝，稱為箱級、柜級及系統級。主要通過電纜及連接器互連二、三級組裝，并以電源饋線構成獨立的有一定功能的儀器或設備。對于系統級，可能設備不在同一地點，則需用傳輸線或其他方式連接。

微電子設備組裝組裝特點

電子設備的組裝，在電氣上是以印制電路板為支撐主體的電子元器件的電路連接，在結構上通過緊固零件或其他方法，由內到外按一定的順序安裝。電子產品屬于技術密集型產品，其組裝的主要特點是：

(1)組裝工作是由多種基本技術構成的。如元器件的篩選與引線成型技術、線材加工處理技術、焊接技術、安裝技術、質量檢驗技術等。

(2)裝配操作質量。在很多情況下，都難以進行定量分析。如焊接質量的好壞，通常以目測判斷，刻度盤、旋鈕等的裝配質量多以手感鑒定等。因此，掌握正確的安裝操作方法是十分必要的，切勿養(yǎng)成隨心所欲的操作習慣。

(3)進行裝配工作的人員必須進行訓練，經考核合格后持證上崗。否則，由于知識缺乏和技術水平不高。就可能生產出次品，而一旦混進次品，就不可能百分之百地被儉查出來，產品質量就沒有保證。

微電子設備組裝組裝方法

組裝工序在生產過程中要占去大量時間。裝配時對于給定的生產條件，必須研究幾種可能的方案，并選取其中最佳方案。目前，電子設備的組裝方法，從組裝原理上可以分為三種：

(1)功能法。是將電子設備的一部分放在一個完整的結構部件內，該部件能完成變換或形成信號的局部任務，從而得到在功能上和結構上都已完整的部件，便于生產和維護。按照用一個部件來完成設備的一組既定功能的規(guī)模，稱這種方法為部件功能法。不同的功能部件有不同的結構外形、體積、安裝尺寸和連接尺寸。很難做出統一的規(guī)定，這種方法將降低整個設備的組裝密度。

(2)組件法。就是制造出一些在外形尺寸和安裝尺寸上都統一的部件，這時部件的功能完整性退居到次要地位。這種方法廣泛用于統一電氣安裝工作中并可大大提高安裝密度。根據實際需要組件法又可分為平面組件法和分層組件法，大多用于組裝以集成器件為主的設備。規(guī)范化所帶來的副作用是允許功能和結構上有某些余量：

(3)功能組件法。這是兼顧功能法和組件法的特點，制造出既保證功能完整性又有規(guī)范化結構尺寸的組件。微型電路的發(fā)展，導致組裝密度增大，以及可能有更大的結構余量和功能余量。因此，對微型電路進行結構設計時，要同時遵從功能原理和組件原理的原則。

由于無線電電路設計的近似性、元器件的離散性和裝配工藝的局限性，裝配完的整機一般都要進行不同程度的測試與調整。所以在電子產品的生產過程中，調試是一個非常重要的環(huán)節(jié)，調試工藝水平在很大程度上決定了整機的質量。

微電子設備組裝靜態(tài)測試與調整

靜態(tài)測試與調整的內容較多，適用于產品研制階段或初學者試制電路使用。在生產階段，為了提高生產效率。往往只作簡單針對性的調試，主要以調節(jié)可調性元件為主。對于不合格電路，也只作簡單檢查，如觀察有沒有短路或斷路等。若不能發(fā)現故障，則應立即在底板上標明故障現象，再轉向維修生產線進行維修，這樣才不會耽誤生產線的運行。

微電子設備組裝動態(tài)測試與調整

動態(tài)測試與調整是保證電路各項參數、性能、指標的重要步驟。其測試與調整的內容包括動態(tài)工作電壓、波形的形狀及其幅值和放大倍數、動態(tài)范圍、相位關系、通頻帶、輸出功率等。對于數字電路來說，只要器件選擇合適，直流工作點正常，邏輯關系就不會有太大問題，一般測試電平的轉換和工作速度即可 。2100433B