電子元器件是電子信息設備的細胞，板級電路組裝技術是制造電子設備的基礎。不同類型的電子元器件的出現(xiàn)總會導致板級電路組裝技術的一場革命。60年代與集成電路興起同時出現(xiàn)的通孔插裝技術（THT），隨著70年代后半期LSI的蓬勃發(fā)展，被80年代登場的第一代SMT所代替，以QFP為代表的周邊端子型封裝已成為當今主流封裝；進入90年代，隨著QFP的狹間距化，板級電路組裝技術面臨挑戰(zhàn)，盡管開發(fā)了狹間距組裝技術（FPT），但間距0.4mm以下的板級電路組裝仍然有許多工藝面臨解決。作為最理想的解決方案90年代前半期美國提出了第二代表面組裝技術的IC封裝一面陣列型封裝（BGA），其近一步的小型封裝是芯片尺寸的封裝（CSP）是在廿世紀90年代未成為人們的關注的焦點，比如，組裝實用化困難的400針以上的QFP封由組裝容易的端子間距為1.0-1.5mm的PBGA和TBGA代替，實現(xiàn)了這類器件的成組再流。特別是在芯片和封裝基板的連接上采用了倒裝片連接技術，使數(shù)千針的PCBA在超級計算機、工作站中得到應用，叫做FCBGA，正在開始實用化。第三代表面組裝技術直接芯片板級組裝，但是由于受可靠性、成本和KGD等制約，僅在特殊領域應用，IC封裝的進一步發(fā)展，99年底初露頭角的晶片封裝（WLP）面陣列凸起型FC到2014年期待成為對應半導體器件多針化和高性能化要求的第三代表面組裝封裝。

IC封裝一直落后于IC芯片本身固有的能力。我們希望裸芯片和封裝的芯片之間的性能縫隙減小，這就促進了新的設計和新的封裝技術的發(fā)展。在新的封裝設計中，多芯片封裝（CSP）包含了一個以上的芯片，相互堆積在彼此的頂部，通過線焊和倒裝片設計（在倒裝片上線焊，在線焊上倒裝片，或在線焊上線焊）實現(xiàn)芯片間的互連，進一步減少了器件重量和所占空間）。

由于尺寸和成本優(yōu)勢，晶片級CSP（Wafer-levelcap）將被進一步開發(fā)，這種技術是在晶片切割成小方塊（芯片）之前，就在芯片上形成第一級互連和封裝I/O端子，這不但縮短了制造周期，其I/O端子分為面陣列型和周邊型（依據(jù)I/O端子的分布）兩種類型；前者，EIAJ的端子間距0.8mm以下，外型尺寸為4mm-21mm的超小型封裝作為標準，主要適用于邏輯和存貯器件，后者是SON和QFN等帶周邊端子的無引線小型化封袋，主要適用于存貯器和低檔邏輯器件。自從90年代初CSP問世以來，提出了各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)在以面陣列型的FBGA是主流，第一代FBGA是塑料類型的面朝下型，第二代FBGA是載帶類型的面朝下型，都采用了引線框架塑模塊、封裝，而新一代的FBGA是以晶體作載體進行傳送，切割（劃線）的最終組裝工藝，即WLP方式，取代了以前封裝采用的連接技術（線焊、TAB和倒裝片焊），而是在劃線分割前，采用半導體前工序的布線技術，使芯片襯墊與外部端子相連接，其后的焊料球連接和電氣測試等都在晶片狀態(tài)下完成，最后才迫行劃線分割。顯然用WLP方式制作的是實際芯片尺寸的FBGA，外形上與FC無區(qū)別。

總之，PBGA、TBGA、FBGA、（CSP）和FC是當今IC封裝的發(fā)展潮流。在21世紀的前15年，第三代表面組裝封裝將會迅速發(fā)展，圍繞高密度組裝，封裝結(jié)構(gòu)的多樣化將是21世紀初IC封裝最顯著的特點。LSI芯片的疊層封裝、環(huán)形封裝：還有，將出現(xiàn)新的3D封裝，光一電子學互連，光表面組裝技術也會蓬勃發(fā)展。系統(tǒng)級芯片（SOC）和MCM的系統(tǒng)級封裝（MCM/SIP）隨著設計工具的改善，布線密度的提高，新基板材料的采用，以及經(jīng)濟的KGD供給的普及，將進一步得到開發(fā)和進入實用階段。

無源封裝

隨著工業(yè)和消費類電子產(chǎn)品市場對電子設備小型化、高性能、高可靠性、安全性和電磁兼容性的需求，對電子電路性能不斷提出新的要求，從20世紀90年代以來，冶式元件進一步向小型化、多層化、大容量化、耐高壓和高性能方向發(fā)展，同時隨著SMT在所有電子設備中的推廣應用，世界范圍片式元件的使用量迅速增加，現(xiàn)在年消耗片式元件達到1兆只，無源元件對IC的比率一般大于20.由于需要如此大量的分立元件，所以分立元件支配最終PCB組件的尺寸；另外，片式無源元件用量的劇增使貼裝工藝中的瓶頸經(jīng)片式元件的貼裝更難解決，導致生產(chǎn)線失去平衡，設備利用率下降，成本提高，同時片式元件供給時間占用生產(chǎn)線時間的30%，嚴重影響生產(chǎn)量的提高。解決這些問題的有效辦法就是。實現(xiàn)無源元件的集成。

集成無源元件有以下幾種封裝形式：

陣列：將許多一種類型的無源元件集成在一起，以面陣列端子形式封裝；

網(wǎng)絡：將許多混合電阻和電容集成在一起，以周邊端子形式封裝；

混合：將一些無源元件和有源器件混合集成進行封裝；

嵌入：將無源元件嵌入集成在PCB或其它基板中；

集成混合：所集成的無源元件封裝在QFP或TSOP格式中。

這些無源封裝的推廣應用，可以有效地解決貼裝：瓶頸，改善SMT生產(chǎn)線平衡，降低成本，提高產(chǎn)量，提高組裝密度。

先進板級電路組裝工藝技術的發(fā)展

電路組裝技術的發(fā)展在很大程度上受組裝工藝的制約同，如果沒有先進組裝工藝，先進封裝難以推廣應用，所以先進封裝的出現(xiàn)，必然會對組裝工藝提出新的要求。一般來說，BGA、CSP和MCM完全能采用標準的表面組裝設備工藝進行組裝，只是由于封袋端子面陣列小型化而對組裝工藝提出了更嚴格的要求，從而促進了SMT組裝設備和工藝的發(fā)展。

1.漏板設計和印刷

在先進組裝技術中，焊膏是廣泛采用的主要焊接材料，焊膏沉積采用漏板印刷技術。在漏板印刷工藝中，刮板葉片將焊膏推入漏板開孔轉(zhuǎn)移到電路板上，影響焊膏印刷性能的四個因素是：（1）漏板開孔尺寸，決定了印刷膏的量；（2）焊膏脫模，在特定焊膏情況下，開孔壁和幾何形狀和光潔度影響焊膏脫模；（3）開孔的縱橫比和面積比，開孔的寬度和長度之比，開口面積和開孔壁面積之比；通常設計規(guī)則是縱橫31.5，面積0.66；但是對于光滑的錐形開孔壁，這兩個比分別為1和0.44就能獲得良好的焊膏脫模。在設計漏板厚度時，這個兩個比率就是重要的設計規(guī)則。當開孔長度大于其寬度的5倍時，縱橫比是主要設計規(guī)則（QFP時），當開孔長度等于寬度時，面積比是更精確的設計規(guī)則（采用球柵陣列焊盤時）。（4）焊膏印刷精度，當在電路板上印刷焊膏時，電路板上的焊盤圖形和漏板上的開孔在尺寸和位置上必須完全相符，漏印的焊膏立方塊必須無變形。BGA、CSP和FCOB的板級組裝極用共晶焊料合金，BGA采用普通SMT用焊膏就可以滿足要求，但對于CSP和FCOB I/O端子比通SMT封裝提供的焊接面積小，所以要求漏板開口更小，必須采用小于40um，顆粒尺寸的精細焊膏。它們的漏板設計和制造要求與窄間距器件一樣嚴格。BGA、CSP和倒裝片組裝的漏板一般要求采用激光或電鑄成型工藝，而后進行電拋光，雖然制造成本高，但一致性超過化學蝕刻漏板；有時還要求渡鎳，并采用錐形開孔，以便提高孔壁光潔度，有利于焊膏脫模，漏板開口尺寸，一般比電路板上的焊盤尺寸略小為宜，開口以略微增加印刷的焊膏量。

漏板厚度是漏板設計的主要指標，對于BGA要求采用的漏板厚度為0.13-0.15mm，CSP用的漏板厚度是0.10-0.13mm.由于漏板較薄，印刷時要防止從開孔中掏出焊膏。組裝BGA和CSP時，通常都按1對1的比例印刷；但對于CSP，實際印刷要比凸起尺寸大0.05-0.076mm，使再流焊后器件支撐高度略高些，以提高熱適應性，并可繼續(xù)選用三類焊料粉末。對于采用0.3mm直徑凸起的CSP推薦采用0.3-0.6mmr矩形開孔。0.36mm的開口是采用三類焊料粉末最小可能的開口尺寸，以便進行一致性和重復性好的印刷。如果印刷0.25mm的矩形或圓形開孔將要求采用IV類焊料粉末。

為了適應電子產(chǎn)品的輕薄小型化、高密度、多功能和高可靠性的要求，混合組裝技術仍然是21世紀初電路組裝發(fā)展的趨勢之一。不僅通孔器件和SMD混合組裝，而且隨著以倒裝片為核心的直接能組裝技術的推廣應用，將會出現(xiàn)通孔元器件、SMD或倒裝片在同一電路板上的組裝，這就是對漏板設計和印刷提出了新的挑戰(zhàn)。有不同的組裝工藝完成混合電路組件的組裝，其中采用再流焊接技術是比較理想的工藝方法，以便充分發(fā)揮SMT生產(chǎn)線的作用，降低成本，提高生產(chǎn)率，有幾種漏板設計和印刷方法可供選擇，其中比較理想的是雙漏板印刷。

先進的封裝對焊膏的印刷精度要求比普通SMT更加嚴格，所以應該采用視覺系統(tǒng)的高精度印刷機完成焊膏的印刷作業(yè)。這類印刷也有高檔和中檔之別，要根據(jù)用戶的需要和可能選購。印刷作業(yè)開始，首先要完成漏板和電路板的對準，借助視覺系統(tǒng)可以很方便地實現(xiàn)漏板開孔和電路板上焊盤圖形的精確對準。高級對準系統(tǒng)具有全集成圖像識別處理功能，可以實現(xiàn)快速而準確的圖像對準，確保高質(zhì)量的焊膏印刷和高和生產(chǎn)效率。印刷和第二個問題是根據(jù)電路板類型、刮板類型和所用焊膏設定印刷高度、刮板壓力和角度、印刷還度等印刷參數(shù)；另外環(huán)境溫度和相對濕度也是重要的印刷參數(shù)；先進封裝對印刷參數(shù)偏差要求嚴格，必須借助印刷機的計算機控制系統(tǒng)進行準確而嚴格控制。更高檔的印刷機上還裝有2D和3D激光檢測系統(tǒng)，檢查印刷質(zhì)量，滿足了先進封裝對印刷精度的要求。

2.貼裝技術

盡管陣列封裝顯著地使用貼裝位置規(guī)范限制加寬，但是由于這類封裝的I/O端子在封裝體下面呈陣列分布，所以精確貼裝這類器件最先決條件是檢查焊料球的存在與否和間距，檢查焊料球形狀態(tài)。這就要求貼片機的視覺系統(tǒng)能根據(jù)球的形狀質(zhì)量因數(shù)和建立焊料球畸變認可等級實現(xiàn)這種功能……二維寬度和形狀質(zhì)量因素測試是檢查整個球體積和畸變的可靠方法，所以，貼裝機的視覺系統(tǒng)應具有合適和分辨率，以便搜集和形成最佳影響；為此就必須采用合適的外部照明和遠心焦蘭光學系統(tǒng)，并通過大深度聚焦提供恒定放大倍數(shù)，以便確定球的存在和精確尺寸；采用LED（發(fā)光二極管）提供最佳照明條件，特別需要輪廓對中的背照明和合理選用明視場和前照明，前照明應采用三個可編程光源給每封裝形式提供特殊的理想照明，以便在焊球結(jié)構(gòu)和背影環(huán)境之間形成適當反差，提供精確對中的光學條件。視場應適合觀察物的特微和位誤差要求，以便能確定良好的、有缺陷的損壞的焊料球之間的差別。處理全部先進封裝的高性能貼裝機必須擁有兩臺元器件攝像機（一臺標準型和一臺倒裝片用攝像機）。BGA器件的精確定可以根據(jù)每個角落的5個球發(fā)現(xiàn)球柵的整體位置和取向，并根據(jù)BGA樹檢索算法和采用模板比較算法確定的位置；然后借助于灰度級機器視覺系統(tǒng)和計算機控制最后實現(xiàn)BGA的精確對準和貼裝。另外還可以在PCB上設置器件局部基準標記，以便提高貼裝精度。BGA的貼裝誤差主要來自接觸表面的非共面性，所以在貼裝操作期間必須建立和維持接觸表面的共面性，采用自動準直儀，使貼裝機的運動保持共面性。

CSP雖然是更加小型化的封裝，但比BGA更平，所以更容易進行精確貼裝。與BGA一樣可采用上述方法檢查球的存在與否，間距和變形狀態(tài)，但無需采用灰度級視覺系統(tǒng)，僅需采用二進制攝像機就可以進行觀察和對準，所以可以比貼裝QFP和BGA更高的速度貼裝CSP.

先進封裝技術的推廣應用，要求貼裝機能適應IC芯片的精度要求，特別是倒裝倒片貼裝，可重復精度小于4um，采用高穩(wěn)定高分辯率的定位系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)能檢查0.10-0.127mm的焊盤和0.05mm的高的凸起，所以倒裝片視覺系統(tǒng)必須擁有不同的光源設施和比標準攝像機的分辨率很高的攝像機，高精度進行凸起的識別和對準。貼裝機還應具有一定的喂料器公司（適合不同的喂料方式）和貼裝工具更換能力，另外還應裝備焊劑涂敷工具，滿足倒裝片貼裝的要求。

先進封裝的推廣應用和混合技術的發(fā)展，要求組建柔性SMT生產(chǎn)線。根據(jù)電子產(chǎn)品的需求選擇不同類型的貼裝機和其它組裝設備，組成柔性生產(chǎn)線，有條件時更應升級為CIMS，這樣才能不斷滿足知識經(jīng)濟時采對各類電子設備電路組件的需求。

3.焊接技術

先進IC封裝的實用化，板級電路組裝密度的不斷提高，雙面組裝和混合組裝PCB組件的使用，對再流焊接技術提出了新的要求，容易設定焊接工藝參數(shù)，使用方便，爐內(nèi)溫度分布均勻，工藝參數(shù)可重復性好，適用于BGA等先進IC封裝的料接，適應用不同的基板材料，可充氮，適于雙面SMT的焊接和貼裝膠固化，適合與高速貼裝機組線，能實現(xiàn)微機控制等。能滿足這些要求的再流焊接技術主要是熱空氣循環(huán)加遠紅外，加熱的再流爐和全熱氣循環(huán)加熱的再流爐。

全熱風再流爐的顯著特點是采用了多噴嘴加熱組件，加熱元件封閉在組件內(nèi)，避免了加熱元器件和PCB組件的不良影響，用鼓風機將被加熱的氣體從多噴嘴系統(tǒng)噴入爐腔，確保了工作區(qū)寬度范圍溫度均勻，能分別控制頂面積和底面積的熱氣流量和溫度，實現(xiàn)雙面再流焊。其主要問題是循環(huán)風速的控制和焊劑煙塵向基板的附著，還有，由于空氣是熱的不良導體，熱傳導性差，所以熱空氣循環(huán)再流爐中需要大量的循環(huán)熱空氣，這對復雜組件的焊接質(zhì)量無疑有影響。

熱風循環(huán)加遠紅外加熱的再流爐中，電磁波不僅能有效激活焊劑活性，而且能使循環(huán)空氣中的焊劑樹脂成份很分解，有效地防止了焊劑向機構(gòu)部件和連接器內(nèi)部的附差；熱空氣循環(huán)提高了爐內(nèi)均勻性，與全熱風循環(huán)相比風速易控制，器件位置會偏移，這種爐子在與標準再流爐長度相同的情況下增加了加熱區(qū)，各區(qū)溫度可分別控制，易于獲得適合BGA和CSP焊接要求的加熱曲線，爐內(nèi)溫度均勻，不會發(fā)生過熱，可采用氮氣保護，可設置下加熱體，滿足了多層基板對熱量的要求，確保優(yōu)良的焊接質(zhì)量。

顯然，上述兩種再流焊接技術將用于不同的應用領域，所以對流加熱為主的再流焊接技術將成為21世紀初期板級電路組裝焊接技術的主流。
來源：EEFOCUS