微組裝工藝設備是微組裝工藝技術的物化載體，是新產品、新工藝研發基礎，微組裝工藝設備技術已經成為電子先進制造技術水平的重要標誌之一，在電子、航空、航天、船舶、兵器等行業得到了越來越廣泛的套用。
基本介紹
- 中文名：微組裝工藝
- 外文名：Microassembly process
- 技術：高密度多層基板技術等
- 領域：電子、航空、航天
- 體現：電子先進制造技術水平
簡介,發展現狀,技術,
簡介
微組裝技術是綜合運用高密度多層基板技術、多晶片組裝技術、三維立體組裝技術和系統級組裝技術，將積體電路裸晶片、薄 /厚膜混合電路、微小型表面貼裝元器件等進行高密度互連，構成三維立體結構的高密度、多功能模組化電子產品的一種先進電氣互聯技術。隨著電子信息產品向小型化、輕量化、高工作頻率、高可靠和低成本等方向發展，對微組裝技術的要求越來越高。微組裝工藝設備是微組裝工藝技術的物化載體，是新產品、新工藝研發基礎，微組裝工藝設備技術已經成為電子先進制造技術水平的重要標誌之一，在電子、航空、航天、船舶、兵器等行業得到了越來越廣泛的套用。
發展現狀
微組裝設備技術早期的發展動力來源於軍事和大型計算機方面，20 世紀 90 年代以來,行動電話、個人數字助理、數位相機等消費類電子產品的體積越來越小，工作速度越來越快,智慧型化程度越來越高,這些日新月異的變化為微組裝設備技術的發展提供了廣闊的套用前景。
先進國家非常重視對微組裝工藝設備技術研究，國外微組裝設備已經具備全自動、高精度和線上檢測等功能。隨著高端電子器件國產化工程的進展，作為製造保障的微組裝工藝設備的國產化進程也在加快。國內微組裝設備生產廠家正在多元化發展，既有中國電科、中科院、中國兵器、中航工業等軍工集團所屬的科研院所，也有深圳偉天星、成都洪明電子等民營企業，都開始自主研發微組裝設備。其中中國電子科技集團公司第二研究所通過近十年的設備研製和工藝技術研究，形成多層基板製造和組裝兩大系列設備，實現了 LTCC多層基板製造、電路基板上晶片貼裝、電氣互連和管殼封裝的功能，設備性能結構同國外同類產品相當，目前設備基本能達到套用要求，並對各設備之間的數據對接和共享、工藝基準一致性、工藝匹配性、工裝兼容性進行設計，初步具備整線設備工藝系統集成能力，產品已銷售到航空、兵器和電子等多個軍工單位，在國內微組裝行業已形成一定的影響力，成為國內 LTCC多層基板和組裝全線工藝設備供應商，已具備了微組裝多層基板及組裝工藝設備建線能力。
技術
微組裝關鍵設備工程化技術
微組裝關鍵設備工程化技術研究是一項綜合性系統研究，涉及設計、加工、裝配、測試和驗證等多個技術環節。開展 LTC C 多層基板製造設備生產線、組裝和氣密性封裝等高密度微組裝工藝設備工程化研製，形成高速高精度運動、加熱加壓精確控制、圖像識別處理、控制軟體設計等單元技術，重點突破關鍵設備生瓷帶打孔機、自動引線鍵合機和高精度倒裝焊機產品的設計製造技術難點。
生瓷帶打孔機設計製造
打孔機是在生瓷片上形成 0.1～0.5 m m 直徑的通孔、方孔或異型孔，是 LT C C 多層基板製造中關鍵的工序。其中沖孔組件為打孔機的關鍵部件，直接影響打孔機孔徑大小、位置精度。沖孔單元的設計製造是設備技術難點。
沖孔組件由上模、下模、底座等幾部分組成，上模與下模通過導套導柱連線、氣缸驅動。下模由直線電機驅動可相對底座轉動，底座均以花崗岩為基台。單個沖孔單元以機械的方式高精度排列組合，可實現單個或多個沖孔單元的沖孔動作。沖孔組件中上模、下模要求對位精度高，要求沖頭的運行直線度 2 μm ；沖孔單元的安裝位置精度±1 μm 。沖頭直徑最小 準0.1 m m ±0.001 m m ，要求耐磨性好、邊緣精度高，加工難度比較大。
自動引線鍵合機設計製造
全自動引線楔焊鍵合機是集光、機、電為一體的自動化設備，通過自動送絲機構，利用加壓、加熱、超聲的方式，用金絲作為互連介質，完成晶片與基板之間的引線鍵合，實現其電氣互連功能。其中鍵合機頭為設備的關鍵部件。
鍵合機頭主要由送絲機構、θ 軸、焊接機構和氣體冷卻系統組成。送絲機構是將線圈裝線上箍上，用蓋板卡緊，然後讓金絲從固定軸和導線管穿過，進入焊接機構，可以保證在焊接送絲時線圈固定不動，金絲根據焊接需要拉出所需長度。θ 軸由伺服電機驅動，同步帶傳動，其中機頭和上探頭雙視野鏡頭分別固定在 θ 軸上。焊接機構固定在 θ軸上，根據焊點需要跟隨 θ 軸旋轉，其主要由線夾部件、線剎機構、音圈電機、變幅桿、劈刀等組成。焊接機構中的壓電電機可以根據不同金絲的粗細控制線夾的開合大小和線剎的壓緊力。
高精度倒裝焊機設計製造
高精度倒裝焊機通過完成基板和晶片的負壓吸取，電路圖形的精確對位，以及加熱和加壓等功能，從而實現金凸點和共晶焊料凸點晶片在矽、陶瓷基板上的倒裝焊接。多維運動平台是倒裝焊機的關鍵部件。
多維精密運動平台採用精密機械傳動部件如精密滾珠絲桿、低摩擦係數導軌和無間隙聯軸器等購成精密運動機構。運動平台由花崗岩平台上的氣墊支撐，保證了運動平面度，減小傳動負載。運動平台採用空氣軸承導向，利用壓縮氣體在相對運動部件之間形成的氣膜來支撐負載，由於氣體的黏性係數比油膜低很多，因此其潤滑膜的厚度可以很小，氣膜的厚度在 10 μm 以內，充分保證定位精度要求。但由於空氣軸承的氣膜很薄，對零件的加工精度要求高，因此成本比較高，另外氣源要求嚴格，需要多級淨化。
先進微組裝工藝技術
通過先進微組裝工藝研究，構建具有物化元器件生產研製的模擬環境和條件，對設備功能、不同工藝參數進行試驗，最佳化工藝參數，記錄並整理不同材料、機型、以及各種參數條件下的試驗數據，通過系統分析摸索出整套工藝方法，建立微組裝工藝技術平台，提升設備和工藝系統集成能力。
LT C C 基板製造工藝技術
LT C C 基板工藝技術，是將低溫燒結陶瓷粉製成生瓷帶，在生瓷帶上通過打孔、微孔注漿、精密導體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，並將多個無源元件埋入其中，然後疊壓在一起，在 900 ℃以下燒結，製成三維電路網路的無源集成組件，也可製成內置無源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝 IC 和有源器件，製成無源 /有源集成的功能模組。LT C C 多層基板典型製造工藝主要有微孔填充、印刷、層壓和燒結等。
（1）微孔填孔工藝。LTC C 基板垂直方向上層與層的電氣連線，靠沖孔後再填入的金屬膏來達成。如果漿料沒有填妥，會造成斷路；若填入的高度太高，則會造成線路印刷質量不佳。選用高黏度專用填充漿料，確保填孔填實，形成盲孔。填充不能過滿或不夠，特別是微帶線、帶狀線之間的匹配連線孔，如出現孔洞，將會影響電路的高頻性能。
（2）導體印刷工藝。製作的多層互連基板的最小線寬 /線間距為 100 μm /150 μm 。與陶瓷基板相比，生瓷帶上印製導體，使表面更平滑且邊緣鋸齒小、解析度高，適合高頻電路的特點。印刷工藝參數包括刮板速度、角度、壓力和柔韌性等，若印刷參數控制不當，則線條邊緣呈鋸齒狀，對電路性能影響較大。
（3）疊片層壓工藝。將填充好和金屬化後的生瓷片按順序放入專用疊模中，通過疊片機自動對準而形成一個待熱壓的生瓷體。為使疊層後的生瓷體在排膠燒結時不起泡分層，對生瓷體進行熱壓。採用等靜壓工藝，在 70 ℃和 22 M Pa 下壓10～15 m in，這樣，可使層壓壓力均勻分布到生瓷體上，確保基板燒結收縮率一致。
（4）排膠燒結工藝。排膠燒結關係到瓷體中氣體的多少、顆粒之間的結合程度以及基板機械強度的高低。升溫速率不宜過快，否則會導致燒結後基板的平整度差、收縮率減小，甚至會發生翹曲。採用燒結爐，最佳化排膠升溫速率和保溫時間與生瓷帶的尺寸、層數和金屬化量的關係。
制定微組裝工藝設備標準規範
微組裝工藝設備研發單位更多地關注設備的加工製造精度是否能滿足設計要求，而對設備交付用戶後是否能滿足用戶產品的工藝需要，能否最合理有效地發揮作用關注度不足，造成一些設備雖經生產單位驗收合格，但到用戶手中後不能很快地投入生產，產生的問題不能及時地解決。由於缺乏統一的微組裝設備標準，微組裝工藝設備的生產製造工藝技術和檢驗方法紛亂繁雜，往往出現同種設備幾家製造，幾個設計準則，技術指標範圍不一檢驗規則的局面。設備的製造和驗收過程沒有共同的行為準則，工藝基準不一、工藝匹配性、工裝兼容性不好，各廠家和生產的設備之間不能有效實現數據對接和共享、間接影響了產品質量，在一定程度上制約了國產微組裝設備的集成能力和推廣套用，影響了微組裝設備工藝線的建設成效。制定微組裝生產線工藝設備標準規範，滿足國內微組裝設備製造商和用戶同時使用要求的微組裝關鍵工藝設備行業標準，科學地指導和規範各設備的論證、設計、製造、檢驗驗收、包裝、運輸、貯存、安裝、使用和維修等壽命周期全過程。有效地規範國內微組裝生產線工藝設備製造過程和工藝線貫通過程，系統解決微組裝領域工藝設備及組線的標準化需求，使各微組裝設備的生命周期全過程有據可依，為國內微組裝工藝設備研發單位和使用單位提供統一、系統性的雙向指導作用。
微組裝關鍵工藝設備標準規範的制定應包括：
（1）生瓷切片機通用規範；
（2）生瓷打孔機通用規範；
（3）微孔填充機通用規範；
（4）LT C C 疊片機通用規範：
（5）LT C C 層壓機通用規範；
（6）LT C C 熱切機通用規範；
（7）LT C C 排膠燒結爐通用規範。
