1、第1章 緒論1.1電子制造與電子封裝1.1.1 電子產品制造如今，我們每天工作、生活無法離開的各種電子產品，比如手機、計算機、電視機、打印機等，都是電子產品的典型代表。另外大量的電子產品以部件或零件的形式用于各種家用電器、辦公自動化設備、醫療設備、通訊設備、工業生產設備，以及各種交通工具中。電子產品一般由各式各樣的電子元器件、集成電路（也就是芯片）、組裝基板、電源、保護殼體等組成。電子產品制造的基礎是各種電子材料，由基礎的電子材料做成元器件，再組裝成各種基礎部件，由各種電子元器件或者部件組成人們需要的各種電子產品。電子產品的式樣、種類繁多，但是其制造過程基本相同。電子產品的物理實現過程可以歸納

2、成如圖1.1所示形式。由單晶硅制成半導體芯片（晶圓形式），晶圓經過測試、封裝后成為獨立的成品芯片。各種基礎材料經過加工成為元器件。覆銅板加工成為PCB基板，陶瓷材料加工成陶瓷基板。成品IC（集成電路，也就是芯片）、各種元器件組裝到基板上就構成電子產品的主體結構，再加上覆蓋件就成為電子產品。單晶硅晶圓集成電路制造（0級封裝）成品IC芯片封裝（1級封裝）元器件材料其他元器件元器件制造基板基板制造電子組裝THT/SMT電子組裝（2級封裝）電子產品覆銅板、陶瓷圖1.1 電子產品的物理實現過程下面以一般的智能手機制造為例，說明電子產品的基本制造過程。一般智能手機的軟硬件組成如下：手機軟件系統+CPU（中

3、央處理器）+ GPU（圖形處理器）+ ROM（只讀存儲器）+ RAM（隨機存取存儲器）+ 外部存儲器（TF卡、SD卡等）+ 手機屏幕 + 觸摸屏 + 話筒 + 聽筒 + 攝像頭 + 重力感應 + 藍牙（Bluetooth）+ 無線連接（WiFi） + 基板+ 連線 + 外殼。手機硬件的制造過程大致分為以下幾個階段：（1） 芯片設計。該階段主要完成手機上各類芯片的集成電路的設計。（2） 芯片前端制造，也就是晶圓制造（或稱硅片制造，下同），如CPU、GPU、ROM、RAM等芯片的制造，一般由上游廠家完成晶圓制造。廠家有高通、德州儀器、三星、聯發科、華為等。（3） 芯片封裝。完成晶圓的測試、晶圓減薄

4、、劃片、固晶、鍵合、封裝等工序。一般由芯片封裝廠家完成，如日月光、富士通等半導體封裝測試企業。（4） 器件制造。如外部存儲器、手機屏幕、觸摸屏、話筒、聽筒、攝像頭、重力感應、藍牙、無線連接器、PCB基板、連接線、外殼等部件的制造，這些器件由各類專業生產企業完成。器件中使用的各種芯片一般由芯片制造企業完成。（5） 手機主板封裝。將各種芯片及元器件組裝到基板上構成手機主板。主板封裝一般在手機制造廠或代工企業完成。（6） 成品組裝。將主板及一些器件組裝在手機外殼內。一般也是由手機生產廠或代工企業完成。（7） 測試。包括芯片與器件測試，整機測試（包括硬件、軟件測試）。電子產品及零部件制造過程中的檢測工

5、作，在不同的制造階段由不同廠家完成。在電子制造中，芯片制造為技術龍頭。芯片制造包括晶圓制造、芯片測試和封裝，以及芯片成品測試3個主要步驟。晶圓制造工藝漫長，但是可以分為四種基本工藝：薄膜工藝、圖形轉移工藝、摻雜工藝、其他輔助工藝等。芯片制造中的圖形轉移工藝使用最多，其中的曝光機是電子制造中所有設備中最復雜的設備，也是技術含量最高的設備。芯片測試和封裝過程是兩個獨立的過程。芯片測試是對晶圓上的單個芯片進行測試。芯片封裝首先將晶圓分割成一個個獨立裸芯片，然后再將裸芯片安裝、固定在基板上，并將其上的I/O點用導線/導體連接到封裝外殼引腳上，最后再用金屬、陶瓷或塑料進行外包封。封裝好的芯片經過成品測試

6、后就變成商品化的芯片。芯片封裝基板起著保護芯片和增強芯片電、熱性能的作用。目前芯片的封裝成本幾乎和芯片的制造成本相當。從過去10年的發展情況來看，由于半導體制造工藝的進步和市場對微小芯片需求的急速增長，芯片I/O密度越來越高，芯片尺寸、芯片引線間距和焊盤直徑持續減小，同時為提高生產效率，封裝速度也在逐漸提高，因而對封裝設備的運動精度（主要是定位精度）和運行速度、加速度提出了更高的要求。芯片測試、封裝中的關鍵設備包括晶圓測試機、倒裝鍵合機、引線鍵合機等。各式各樣的芯片、元器件組裝在PCB基板上就變成具備一定功能的板卡級部件，再加上一些輔助器件、外殼就構成了具備不同功能的電子產品。電子組裝基本過程

7、就是將電子元器件與PCB基板進行互連。互連工藝由插接技術發展到現在以表面貼裝技術（SMT）為主，SMT技術極大的促進了電子組裝的效率。表面貼裝工藝過程包括：PCB上印刷焊膏、貼裝元器件、回流焊等。SMT工藝的關鍵設備是貼片機，貼片精度、貼片速度、貼片機的適應范圍決定了貼片機的技術能力，貼片機也決定了SMT生產線的效率。綜上所述，電子產品的制造可以分為三個層次。最上面一層是直接面對終端用戶的整機產品的制造，例如計算機、通信設備、各類音視頻產品的制造。中間層次是種類繁多的形成電子終端產品的各種電子基礎產品，包括半導體集成電路、電真空及光電顯示器件、電子元件和機電組件等。電子整機產品是由電子基礎產品

8、經過組裝、集成而成。最下面的層次是支撐著電子終端產品組裝和電子基礎產品生產的專用設備、電子測量儀器和電子專用材料，它們是整個電子信息產業的基礎和支撐。1.1.2 電子制造技術 總結電子產品的組成以及制造工藝流程，可以把電子制造技術歸納為下列技術。（1） 芯片設計與制造技術。包括半導體集成電路的設計技術，晶圓制造技術。（2） 微細加工技術。微納加工、微加工，以及電子制造中使用的一些精密加工技術統稱為微細加工。微細加工技術中的微納加工基本上屬于平面集成的方法。平面集成的基本思想是將微納米結構通過逐層疊加的方法構筑在平面襯底材料上。另外使用光子束、電子束和離子束進行切割、焊接、3D打印、刻蝕、濺射等

9、加工方法也屬于微細加工。（3） 互連、包封技術。芯片與基板上引出線路之間的互連，例如倒裝鍵合、引線鍵合、硅通孔（TSV）等技術，芯片與基板互連后的包封技術等，這些技術就是通常所說的芯片封裝技術。（4） 無源元件制造技術。包括電容器、電阻器、電感器、變壓器、濾波器、天線等無源元件的制造技術。（5） 光電子封裝技術。光電子封裝是光電子器件、電子元器件及功能應用材料的系統集成。在光通信系統中，光電子封裝可分為芯片IC級的封裝、器件封裝、模塊封裝、系統板封裝、子系統組裝和系統組裝。（6） 微機電系統制造技術。利用微細加工技術在單塊硅芯片上集成傳感器、執行器、處理控制電路的微型系統。（7） 封裝基板技術

10、。包括PCB制造技術、陶瓷基板制造技術等。（8） 電子組裝技術。電子組裝技術就是通常所說的板卡級封裝技術，電子組裝技術以表面組裝和通孔插裝技術為主。（9） 電子材料技術。電子材料是指在電子技術和微電子技術中使用的材料，包括介電材料、半導體材料、壓電與鐵電材料、導電金屬及其合金材料、磁性材料、光電子材料、電磁波屏蔽材料以及其他相關材料。電子材料的制備、應用技術是電子制造技術的基礎。1.1.3 電子封裝技術電子封裝與組裝是電子制造技術中應用最廣泛的共性技術，所有的電子產品，從一只普通電阻器到包含上億個晶體管的集成電路，從簡單的只有幾個元器件的整流器到包括幾十萬個元器件和零部件的復雜電子系統，無一不

11、是通過封裝與組裝技術制造出來的。在學術界更傾向于把封裝與組裝統一到一個名稱下，而用層級來劃分不同領域的技術內容。把封裝與組裝統一到“多級封裝”名稱下的封裝概念，可以稱為廣義的電子封裝，相應的元器件封裝就是狹義的電子封裝概念了。如圖1.2所示就是學術界對電子封裝的廣義劃分。晶圓制造可以看作0級封裝。將裸芯片封裝成成品芯片看作1級封裝，主要指集成電路封裝但不限于集成電路，各種元器件包括無源元件和功能模塊或各種功能部件都需要外封裝。芯片級封裝在半導體產業中由于直接影響到芯片自身性能的發揮，并且涉及與之連接的PCB基板的設計和制造，其重要性越來越受到認可。元器件、芯片組裝到基板上看作2級封裝，即板卡級

12、封裝，在企業界普遍認可的是“組裝”這個術語。主要指印制電路板組裝但不限于印制電路板，其他電子零部件，例如顯示器面板、手機、數碼相機部件等都是通過第2層級電子封裝來完成最后的裝配。板卡級封裝目前以表面組裝(SMT)為主、通孔組裝(THT)為輔，是電子制造整機和EMS（Electronic Manufacturing Services，電子制造服務）廠商的技術核心。多個PCB組件裝到母版上就是3級封裝，即整機級封裝，在企業界一般稱為整機組裝、整機裝連或整機裝配，通常以非永久性連接技術與機械結構安裝為主，將各種電路板卡和零部件安裝到母板或機殼、機箱等外殼中，進而完成整機組裝。對于大部分電子產品而言，

13、整機級封裝核心主要在于系統設計和各種零部件質量檢測、標準化和工藝管理。圖1.2 電子封裝的層級按照上述分類方法，本書將晶圓制造（0級封裝）、芯片測試/封裝（1級封裝）和板卡組裝（2級封裝）的主要工藝與設備作為研究對象。1.2 電子封裝專用設備對于現代電子制造而言，沒有先進的裝備不可能制造出現代化電子產品。了解現代電子制造裝備及其發展，無論對于把握電子產業全局還是專注某一領域都是非常必要的。隨著集成電路制造工業的發展，電子封裝專用設備形成了完善而且獨立的門類，具備了鮮明的特色。1.2.1 電子封裝專用設備的分類按照前文所述，電子封裝可以總結為幾個關鍵生產過程：半導體芯片制造、芯片測試與封裝、基板

14、及膜電路制造、電子組裝。電子封裝設備的類型也可以按照生產流程來劃分。在芯片制造與封裝、電子組裝的各個工藝階段中，幾乎每一個工序都離不開檢測，檢測方法以非接觸的光電檢測技術為主，其中視覺檢測方法使用最多。光電檢測技術不但在生產工藝中使用很多，而且在電子制造設備的各個系統中大量使用。1.半導體制造裝備（1）晶圓制備設備，包括單晶硅制造設備、圓片整形加工研磨設備、切片設備、取片設備、磨片設備、拋光設備和各種檢驗設備等。（2）電路設計及CAD設備，包括計算機系統、各種輸入輸出設備和各種軟件等。（3）制板設備，包括圖形發生器、接觸式打印機、抗腐劑處理設備、腐蝕設備、清洗設備和各種檢驗設備等。（4）半導體

15、晶圓制造設備，包括光刻設備（曝光設備、涂膜、顯影設備、腐蝕設備等）、清洗設備、摻雜設備（離子注入設備、擴散爐）、氧化設備、CVD（Chemical Vapor Deposition, 化學氣相沉積）設備、濺射設備、各種測試檢測設備和分析評價設備等。（5）芯片測試與封裝設備，測試與封裝設備包括晶圓測試設備、晶圓減薄設備、劃片設備、固晶設備、鍵合設備、塑封設備、老化設備等，成品試驗設備包括驗漏、測試、數據處理設備、環境試驗設備等。（6）半導體工程設備，包括凈化室、凈化臺、晶圓標準機械接口箱、自動搬送設備和環境控制設備（超凈水制造、廢氣處理、廢液處理、精制設備、分析設備、探測器）等。2 印制電路板、

16、陶瓷基板生產裝備包括PCB基板加工設備和陶瓷基板加工設備。兩種基板使用基礎材料不同，但是生產過程、使用設備的類型基本相似。陶瓷基板制備是使用陶瓷燒結設備，PCB基板使用壓合設備。其他設備包括鉆孔/激光打孔成形設備、濕制程設備、絲印設備、檢測設備、電鍍設備、噴錫設備、壓膜機、曝光機、顯影機、制板機、烘烤制程自動線以及環境工程設備等。3. 膜電路制造設備膜電路包括薄膜和厚膜電路。薄膜電路生產設備與半導體晶圓制造設備基本相同。厚膜電路生產設備主要包括：絲網印刷機、厚膜電路光刻機、燒結爐、激光調阻器等。4組裝及整機裝聯設備包括SMT焊膏印刷機、噴焊膏噴印機、點膠機、自動插件機、貼片機、接駁臺、上下料機

17、、回流焊機、波峰焊機、選擇性波峰焊機、爐溫測量儀、清洗設備、返修設備、自動光學檢測設備(AOI)，自動X射線檢測設備（AXI）、環境設備、各種輔助設備（零件編帶機、鋼網清潔機、焊膏攪拌機、錫膏測試儀、元器件及印制電路板烤箱、錫渣還原機等）、氮氣設備、電纜加工及檢測設備等。5其他裝備（1）環境與試驗設備。包括高低溫恒溫試驗設備，濕熱試驗設備、干燥（老化）試驗設備、防護（例如防砂防塵鹽霧防水等）試驗設備、沖擊試驗設備、振動試驗設備、無損檢測儀器、電磁兼容測試儀、力學試驗設備等。（2）超聲波設備。包括超聲波電鍍設備、超聲波清洗機、超聲波焊接設備（塑焊機、熔接機、點焊機等）、超聲波清洗干燥機、超聲波冷

18、水機、超聲波熔斷機等。（3）激光加工檢測設備。包括激光畫線機、激光雕刻機、激光焊接機、激光切割機、激光打孔機、激光打標機、激光剝線機、激光測距儀等。（4）專業工具。包括手工焊接工具（電烙鐵、熱風槍、錫爐等）、壓接工具以及電動螺絲刀等。1.2.2 電子封裝關鍵設備及其組成形式1. 電子封裝專用設備中的關鍵設備在眾多門類的電子封裝設備中有一些關鍵設備。半導體芯片制造中的關鍵設備是光刻機。芯片測試、封裝工藝過程中的典型設備是晶圓測試設備、芯片鍵合設備。電子組裝工藝中的關鍵設備包括全自動焊料涂覆機（包括絲網印刷機、焊膏噴印機）、貼片機和回流焊設備等。在電子產品制造中大量使用的激光加工設備、AOI（Au

19、tomatic Optic Inspection，自動光學檢測）設備和電子顯微檢測設備也是非常重要的設備。光刻機、晶圓測試機、芯片鍵合機、絲網印刷機、貼片機、AOI、激光加工設備等光機電一體化設備的設計制造技術橫跨電子、機械、自動化、光學、計算機控制技術等眾多學科，涉及精密光電子、高速高精度控制、精密機械加工、計算機集成制造等核心技術，是典型的光機電一體化設備。集成電路制造和電子組裝是電子制造行業中最關鍵、規模最大的兩個產業，光刻機與貼片機分別是集成電路制造和電子組裝的關鍵設備，因此行業中通常以擁有這兩種設備的數量和水平，作為衡量一個國家或地區的半導體制造和電子整機制造能力和水平的標志。光刻機

20、、高速多功能貼片機等電子封裝關鍵設備的研制對于我國實現由電子制造大國向電子制造強國的轉變至關重要。2.電子封裝專用設備中典型設備的組成及其關鍵技術上述電子封裝中的關鍵設備可以分為兩類。一類是利用能量束進行微加工或顯微設備，如光刻機、激光加工設備、AOI、AXI等光電顯微或加工設備。另一類設備是微操作設備，就是利用機械手采用吸附或夾持方法將工件進行位置轉移操作。微操作的典型設備包括晶圓測試設備、芯片鍵合機、貼片機、MEMS器件微組裝設備等。微加工設備和微操作設備的共同特點是工作時工作臺與工作頭部件都需要準確對準，對準精度達到微米或納米級，對準時間在幾個到幾十毫秒間。精密對準技術在電子封裝設備中大

21、量使用，對準操作的例子有：（1） 投影式曝光時需要將掩模版、晶圓分別與掩模臺、晶圓工作臺對準，然后掩模臺再與晶圓工作臺實現準確對準。晶圓重復曝光時需要反復的位置對準，對準精度達到納米級或亞納米級。（2） 晶圓測試系統探針測試卡與晶圓的對準操作，對準精度達到微米級。飛針在線測試儀測試成品組裝電路時探針與焊盤的對準精度在10微米左右。（3） 芯片倒裝鍵合時，首先將芯片上的凸點與基板上的焊盤對準，然后進行鍵合操作，對準精度達到微米級。（4） 芯片與基板采用引線鍵合方式互連時，引線鍵合劈刀與芯片焊盤要快速對準，對準精度達到微米級。（5） 晶圓加工、芯片封裝、基板制造采用激光焊接、切割、打孔加工方法時，

22、都是先對準加工位置再加工，對準精度達到微米級。（6） 全自動絲網印刷機工作時網板與基板首先要對準，對準精度達到微米級。（7） 貼片時貼裝元件引腳必須與PCB基板上焊盤對準，對準精度110微米。因為工作頭不能接觸工件，并且需要快速對準，上述對準操作都采用非接觸的視覺識別技術或者其他光電檢測技術以達到快速、高精度對準的目的。微細加工和微操作設備是電子制造裝備中的核心設備，盡管它們的功能不同、結構形式各異，但是它們有著相似的組成形式。如圖1.3所示，微細加工和微操作設備基本組成包括：加工刀具或能量束系統，多自由度宏動+精密微動工作臺，高速、高精度移動的夾持機械手或工具，對位檢測系統，高剛度基座，良好

23、的人機交互系統。圖1.3 電子制造設備系統典型結構形式（1） 精密位移工作臺。主要部件包括高剛度的工作臺，以及支持工作臺的導軌系統，導軌系統主要為精密無摩擦式氣浮或磁浮導軌，或者摩擦系數較小的滾動導軌；工作臺可以實現大行程高精度位移，或者精密微位移。為防止熱變形的影響一般以大理石做工作臺，并且機床的基座需要做較高要求的減震設計。目前，高精度、高速位移的直線驅動工作臺基本上都采用直線電機驅動方式，減少了機械傳動環節，提高了系統響應速度。曝光機的工作臺采用宏動加微動工作臺的方式，實現更高精度的位移。（2） 機架或基座。機架或基座采用輕質、高剛度結構。對振動需要嚴格控制的系統，例如光刻機晶圓承片臺基

24、座，需要使用氣浮等隔震裝置，用大理石做基座。（3） 高速、高定位精度的夾持機械手或工具。例如貼片機的貼片頭系統，引線鍵合機的鍵合頭等，它們都有著較高的運動速度和定位精度。（4） 能量源、聚焦掃描系統。能量源可以是激光光源、電子束、離子束、X射線等能量源。聚焦掃描系統用于能量束的匯聚與掃描加工。典型設備如光刻機、電子束曝光/刻蝕機、離子束曝光/刻蝕機、激光劃片機、激光打標機、激光打孔機、激光調阻機等。（5） 對位檢測系統。利用光電或視覺檢測技術實現非接觸檢測，實現工件、工具之間的對準。對準檢測方法包括雙目顯微鏡對準、利用散射光的暗場對準、視頻圖像對準、相位光柵TTL對準、雙光束TTL對準、雙焦點

25、對準方式等。隨著微電子產品對光刻分辨力要求的逐漸提高，人們逐漸發展和完善了莫爾條紋對準、干涉全息或外差干涉全息對準和混合匹配及粗、精對準等技術。以視覺對準檢測系統為例，視覺檢測系統實現工件特征的識別與測量，檢測結果由控制系統處理，再由伺服驅動系統完成刀具（或工作頭）與工件的對準。（6） 伺服驅動系統。驅動工作臺或機械手的運動部件的移動或旋轉。高速、高精度直線運動系統大部分采用直線電機驅動方式，例如貼片機橫梁上貼片頭的驅動。運動精度較低時采用直流/交流伺服電機、步進電機加滾珠絲杠的驅動方式。驅動系統根據系統精度高低分別選用全閉環、半閉環和開環形式。（7） 檢測與傳感系統。各種物理量的檢測與計量，

26、將測量信號傳給控制系統。例如壓力、位移、溫度、電流、電壓等信號的檢測。（8） 計算機控制系統。計算機控制系統管理設備的正常運行和產品制造過程，計算機控制系統由軟件系統和硬件系統組成。上位機發出各種指令，控制計算機接受上位機的指令和各種傳感器的反饋信息，并控制驅動系統或各種執行機構進行工作。1.2.3 電子封裝專用設備共性基礎技術光刻機、晶圓測試機、芯片鍵合機、貼片機、激光加工設備等電子封裝專用設備代表著當今工業制造的最高水平。這些設備基本上都是光機電一體化設備，其技術基礎是機械學、光學、電子學、信息處理與控制等多學科相互滲透、相互融合而形成的光機電一體化技術。概括起來，電子封裝專用設備的共性基

27、礎技術如下。1. 光學技術光學技術包括光子束的產生與傳播技術、光子束加工應用技術等。光子束既可以用于檢測也可以應用于加工。光學技術在電子封裝中最典型應用就是光刻工藝中的光刻曝光、激光加工及光學檢測。光刻技術的不斷進步促進了半導體制造水平的提高。曝光波長由幾百納米變為13.5納米，半導體制程也就從微米級變為納米級。激光加工系統在電子封裝工藝中具有廣泛的應用，包括切割、打孔、打標、焊接、熱處理、雕刻、表面清洗、快速成型等。此外，光學技術也用于通信、精密計量測試（激光測距、激光瞄準、激光制導）等。在傳感器方面，利用光子技術制作的傳感器具有精密、準確、快速、高效、非接觸測量等特點。2. 精密機械技術電

28、子封裝專用設備中包含大量的光機電一體化系統。機械系統是光機電一體化系統的基礎，也是光電系統的載體。光機電一體化系統中機械系統以精密機械技術為主。機械技術是關于機械的機構以及利用這些機構傳遞運動的技術，它是所有電子封裝裝備技術的基礎。機械系統的合理性直接影響到控制的復雜程度以及系統的穩定性和可靠性。電子封裝裝備的高速與高精度等特點，對機械設計和制造技術也提出了更高的要求。機械技術只有不斷地采用新材料、新工藝、新原理、新機構才能滿足電子封裝裝備技術的要求。比如曝光機的晶圓臺、掩模臺都是精密機械的典型應用，為了實現掩模版與晶圓的準確對位，工作臺需要多自由度的運動，并且位移精度要達到亞納米級。3.計算

29、機與信息處理技術計算機技術包括計算機硬件技術和軟件技術、網絡與通信技術、數據庫技術等。信息處理技術包括信息的交換、存取、運算、判斷和決策等，實現信息處理的主要工具是計算機。在電子封裝裝備中，計算機與信息處理裝置控制整個設備的運行，信息處理是否正確、及時，直接影響到系統工作的質量和效率，因此，計算機應用和信息處理技術已成為促進電子封裝裝備產品發展的最活躍的因素。人工智能、專家系統、神經網絡技術等都屬于計算機與信息處理技術。信息處理的能力和水平直接影響到電子封裝裝備系統工作的質量和效率。4. 檢測與傳感技術在電子封裝工藝裝備中大量使用各種檢測與傳感器。檢測與傳感裝置是電子制造裝備的“感覺器官”，它

30、將傳感器變換的電信號輸送到信息處理部分進行處理。電子封裝裝備中，傳感器將位移、速度、加速度、力、角度、角速度、角加速度、距離等機械運動量轉換成兩極板之間的電容量、應變引起的電阻變化、磁場強度與磁場頻率變化、光與光的傳播、聲音的傳播等其他物理量，最終轉化成電壓或者頻率信號，通過相應的信號檢測裝置反饋給控制與信息處理裝置，因此檢測與傳感是實現自動控制的關鍵環節。 5. 機器視覺檢測技術機器視覺檢測技術包括成像技術與機器視覺等技術。機器視覺的基礎是圖像識別。圖像識別是以圖像的主要特征為基礎的。數字圖像識別主要是研究圖像中各目標的性質和相互關系，識別出目標對象的類別，從而理解圖像的含義。它囊括了使用數

31、字圖像處理技術的很多應用項目，例如光學字符識別（OCR）、產品質量檢驗、人臉識別、自動駕駛、醫學圖像和地貌圖像的自動判讀理解等。電子封裝工藝中大量使用圖像識別技術進行機械定位或制造質量的快速檢測。6. 自動控制技術在光機電一體化系統中，自動控制技術包括自動控制理論、控制系統設計、系統仿真、現場調試、可靠運行等方面的內容。自動控制對象包括高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷、校正、補償等。由于計算機的廣泛應用，自動控制技術越來越多地與計算機控制技術聯系在一起，成為電子制造裝備中十分重要的關鍵技術。7伺服驅動技術伺服驅動技術的主要研究對象是伺服驅動單元及其驅動裝置。伺服驅動單元有電動、氣動

32、、液壓等多種類型，電子封裝裝備產品中多數采用步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機、電液馬達等，需要高速、精密移動的工作系統普遍使用直線電機及氣浮（或磁浮）的運動單元。驅動裝置目前多采用電力電子器件及集成化功能電路。伺服驅動裝置是計算機控制器和機械執行機構的接口，它將電能、氣壓能、液壓能轉化為執行機構作直線或旋轉運動的機械能。伺服驅動裝置對電子封裝裝備的動態性能、穩態精度、控制質量等具有決定性的影響。8. 熱控制技術在電子封裝裝備中熱的控制方式有兩種基本熱控制類別：熱作為一種能量在制造工藝中應用和熱作為設備或者電路工作中一種有害“副產品”的治理。在電子封裝工藝系統中需要加熱設備，也需要散熱設備。

33、熱通過熱傳導、熱對流和熱輻射3種方式進行傳遞。需要加熱的工藝設備，在加熱時要提高熱效率，準確控制溫度和熱量，達到工藝目標；需要散熱的工藝設備，散熱設計要考慮提高散熱效率，將熱影響控制在可接受的范圍。高精度的電子封裝裝備，其結構的熱變形對系統精度影響較大，在結構設計時要充分考慮熱變形的影響。9系統集成技術按照系統工程的觀點和方法，將總體分解成互為有機聯系的若干個功能子單元，再以功能單元為子系統進行分解，直到找出一個可以具體實現的技術方案，然后對各種技術方案的組合進行評估、選優。系統集成技術包括的內容豐富，其中接口技術是最為關鍵的內容之一。可以毫不夸張地說，光機電一體化系統的集成就是研究接口的技術

34、。接口包括機械接口、電氣接口、人機接口、環境接口等。10制造環境技術環境對電子封裝的影響和重要性，是隨著近代電子科技的發展和電子產品普及逐漸為人們所認識的。通常電子封裝裝備所處的環境要求包括溫度、濕度、電場、磁場、振動、空氣清潔度等。環境技術條件的變化對電子產品制造質量的影響非常巨大。例如，電子產品生產廠房潔凈度與產品質量的關系，就是在一系列的質量故障中總結出來的。電子封裝中由于靜電危害造成的損失占產品總量10%左右。以芯片制造環境要求為例，加工半導體芯片要求級別最高的潔凈室，也稱為超凈室，要求包括：1m3中粒徑在0.1m以上的浮游微粒數在10個以下（ISO1級）；溫度保持在23±0

35、.5；濕度保持在45±5%；污染氣體分子保持在十億分之一以下。為了確保超凈室的清潔度，要使用夠濾掉99. 9999%以上的微粒的化學過濾器。環境的溫度變化和振動會損害曝光機的運動精度。為了保證曝光機的納米級對準精度，需要嚴格控制曝光機工作環境的溫度變化，并對曝光機安裝基礎進行隔振處理。由于環境對電子封裝的影響是隱蔽的、持續的、累積的，因而造成的損失往往是令人吃驚的。而對于制造環境的了解和重視，獲得的回報也是豐厚的。1.3 電子封裝專用設備的特點及其發展1.3.1 現代電子封裝專用設備的特點進入2014年后，使用13.5nm波長極紫外曝光技術使得半導體制造的特征值已邁入10-20納米范

36、圍。2014年9月英特爾正式發布了Core-M 14nm處理器，這宣布半導體制造的先進代表水平由22nm-28nm制程變為10-14nm制程。半導體制造技術的進步意味著以曝光機、引線鍵合機、貼片機為代表的電子制造設備的技術狀態又進入一個新的發展階段。現代電子封裝裝備中的光刻機、引線鍵合機、貼片機等設備是當今制造裝備中的典型代表。它們是高精度、高速度、高度技術集成的大批量制造裝備。例如光刻機的晶圓、掩模工作臺位移控制精度達到了納米或亞納米級精度，已經達到了所有設備移動精度控制的極限。引線鍵合機的鍵合頭、貼片機的貼片頭是高速、高精度運動設備的典范。高速、高精度運動給設備結構設計、檢測技術、運動控制

37、帶來了巨大挑戰。電子封裝裝備技術的進步極大的促進了電子制造工藝技術的發展。現代電子封裝裝備的特點和發展趨勢，可以用“四高四化”來概括，即高精度、高效率、高度集成、高投入、柔性化、智能化、綠色化、多樣化。1.3.2 國內電子封裝裝備技術發展現狀在電子封裝行業中光刻機和貼片機的技術水平以及使用數量能衡量一個企業的制造水平，這些設備的制造能力也是衡量一個國家的電子制造裝備水平。目前，國際上以ASML公司為代表，光刻機的制造水平能滿足12英寸晶圓光刻工藝需求、特征值為1020nm芯片的制造。在未來的13年內光刻機的制造水平將轉換為18英寸和10nm制程。我們國家在光刻機設備研制中，以上海微電子裝備有限

38、公司為代表，他們研制的光刻機的制造水平能滿足2-8英寸晶圓光刻工藝需求，特征值為90nm2000nm芯片的制造。在電子組裝行業目前普遍使用表面貼裝技術。目前，日、美等發達國家80%以上的電子產品采用了SMT。其中，網絡通信、計算機和消費電子領域是主要的應用領域，其他應用領域還包括汽車電子、醫療電子等。SMT生產線主要包括以下幾種設備：貼片機、印刷機、SPI（錫膏檢測儀）、波峰焊設備、回流焊設備、AOI檢測設備、X-Ray檢測設備、返修工作站等。涉及的技術包括：貼裝技術、焊接技術、半導體封裝技術、組裝設備設計技術、電路成形工藝技術、功能設計模擬技術等。國內在絲網印刷機、回流焊、AOI（自動光學檢

39、測）設備等環節取得巨大進步，而在主流的SMT生產線中看不到一臺國產的高速高精度的貼片機。貼片機是用來實現高速、高精度、全自動貼放元器件的設備，關系到SMT生產線的效率與精度，是最關鍵、最復雜的設備，通常占到整條SMT生產線投資的60%以上。目前，貼片機已從早期的低速機械貼片機發展為高速光學對中貼片機，并向多功能、柔性化、模塊化發展。主要制造商包括：ASMPT（ASMPT于2011年收購西門子旗下的SIPLACE貼裝設備部）、松下、環球、富士、雅馬哈、JUKI、三星等。國內企業在印刷、焊接、檢測等環節已涌現出較有實力的企業，如日東、勁拓的焊接設備，凱格的印刷機，神州視覺的AOI檢測設備，日聯的X

40、-Ray檢測設備等。1.3.3 電子封裝裝備的發展趨勢電子產品制造的一個基礎是各種電子元器件的制造技術。隨著科學技術的飛速發展，電子元器件技術也在不斷進步，新型電子元器件層出不窮。新型電子元器件的發展趨勢是高頻化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、響應速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、組件化、復合化、模塊化和智能化。元器件的功能與結構的改變促進了元器件制造技術的進步。電子產品制造的另一個基礎是電子元器件的組裝技術。電子元器件的組裝技術的進步是提高電子產品生產效率、降低制造成本的主要途徑。電子元器件的組裝方式又促進了電子元器件、基板的制造技術，也推進了電子組裝設備的技術進步。例如表面組裝技

41、術促進了電子元器件的結構變化，極大地提高了電子組裝的效率。1. 半導體制造工藝技術的進步促進了制造裝備的變革半導體芯片制造中目前普遍使用直徑為12（300mm）英寸晶圓。為了提高生產效率降低生產成本，18英寸（450mm）晶圓是最好的選擇。隨之而來的是所有晶圓制造裝備都需要重新設計以適應18英寸晶圓制程。當前利用極紫外（EUV）光刻技術，半導體芯片制造的特征值（線距或線寬）正從22納米過渡到1014nm。2015年IBM公司宣布利用硅鍺（SiGe）溝道晶體管和極紫外（EUV）光刻技術實現了7nm芯片，這一級別的芯片技術在未來支持大數據的系統和移動產品中，有望提升50%的功效，并帶來50%的性能

42、提升。人們對半導體芯片特征值的追求將極大的促進光刻技術工藝與設備的發展。2. 芯片封裝形式的變化促進封裝設備的更新換代封裝形式發展的方向是單位面積或單位體積內容納更多的I/O管腳數或者更多的集成電路數。目前，以傳統的芯片封裝技術為基礎發展了晶圓級封裝（WLP）技術、疊層封裝技術、系統級封裝（SiP）技術、3維封裝技術等。例如使用倒裝芯片、球柵陣列方式可以提高單位面積的I/O管腳數，采用三維封裝技術可以提高單位體積內的集成電路容量；另外一個技術是解決芯片封裝的效率問題，解決方法是晶圓級封裝，也就是在劃片之前在晶圓上制造出I/O管腳然后再分離成單個芯片。傳統的芯片封裝工藝中，芯片與基板的互連主要采

43、用引線鍵合工藝，晶圓級封裝（WLP）、疊層封裝、系統級封裝（SiP）和3維封裝中芯片與基板，芯片與芯片的連接普遍采用倒裝鍵合和TSV（硅通孔）技術。封裝工藝技術的進步促使原有設備的發展，同時催生出許多新型設備。3. 半導體封裝與表面貼裝技術的融合趨勢明顯隨著電子產品體積日趨小型化、功能日趨多樣化、元件日趨精密化，半導體封裝與表面貼裝技術的融合已成大勢所趨。目前，半導體廠商已開始應用高速表面貼裝技術，而表面貼裝生產線也綜合了半導體的一些應用，傳統的裝配等級界限日趨模糊。技術的融合發展也帶來了眾多已被市場認可的產品。比如，環球儀器子公司Unovis Solutions的直接晶圓供料器，即為表面貼裝與半導體裝配融合提供了良好的解決方案。貼片機的貼裝速度方面，代表全球貼片機先進水平的ASMPT公司的SIPLACEX4iS，貼裝速度達到150000CPH，實際貼裝節拍0.024秒/點。JEITA（日本電子信息技術產業協會）電子組裝技術委員會在2013年組裝技術路線圖中預計，隨著消費者對中低端電子產品需求的爆發式增長，超大量生產的要求有望使貼片機的貼裝速度在2016年達到160000CPH（0.0225秒/點），2022年達到240000CPH（0.015秒/點）。芯片級封裝器件的貼裝速度將從2012年的3600CPH提升至2016年的3800CPH、