微組裝技術簡述

張經國1404一.微組裝技術內涵及其與電子組裝技術的關系1.內涵——微組裝技術（micropackgingtechnology）是微電子組裝技術（microelectronicpackgingtechnology)的簡稱，是新一代高級的電子組裝技術。它是通過微焊互連和微封裝工藝技術，將高集成度的IC器件及其他元器件組裝在高密度多層基板上，構成高密度、高可靠、高性能、多功能的立體結構微電子產品的綜合性高技術，是一種高級的混合微電子技術。2.微組裝技術與電子組裝技術的關系微電子組裝技術是電子組裝技術最新發展的產物，是新一代高級（先進）的電子組裝技術，屬第五代電子組裝技術（從80年代至今）。與傳統的電子組裝技術比較，其特點是在“微”字上?！拔ⅰ弊钟袃蓚€含義：一是微型化，二是針對微電子領域。二。微組裝技術對整機發展的作用微組裝技術是充分發揮高集成度、高速單片IC性能，實現小型、輕量、多功能、高可靠電子系統系統集成的重要技術途徑。

三。微組裝技術的層次和關鍵技術.1.微組裝技術的層次——整機系統的微組裝層次大致可分為三個層次：1）1級（芯片級）——系指通過陶瓷載體、TAB和倒裝焊結構方式對單芯片進行封裝。2）2級（組件級）——系指在各種多層基板上組裝各種裸芯片、載體IC器件、倒裝焊器件以及其他微型元器件，并加以適當的封裝和散熱器，構成微電子組件（如MCM）。3）3級（印制電路板級）——系指在大面積的多層印制電路板上組裝多芯片組件和其他的微電子組件、單芯片封裝器件，以及其他功能元器件，構成大型電子部件或整機系統。2.關鍵技術——以下為不同微組裝層次的主要關鍵技術：1）芯片級的主要關鍵技術——凸點形成技術和植球技術，KGD技術，TAB技術，細間距絲鍵合技術，細間距引出封裝的工藝技術

2）組件級的主要關鍵技術——多層布線基板設計、工藝、材料及檢測技術，倒裝芯片焊接、檢測和清洗技術，細間距絲鍵合技術，芯片互連可靠性評估和檢測技術，高導熱封裝的設計、工藝、材料和密封技術，其他片式元器件的集成技術。3）印制板級的主要關鍵技術——電路分割設計技術，大面積多層印制電路板的設計、工藝、材料、檢測技術以及結構設計、工藝技術以及組件與母板的互連技術。四。多芯片組件（MCM）的技術內涵、優點及類型1.技術內涵——MCM是multichipmodule英文的縮寫，通常譯為多芯片組件（也有譯為多芯片模塊）。MCM技術屬于混合微電子技術的范疇，是混合微電子技術向高級階段發展的集中體現，是一種典型的高級混合集成電路技術。關于MCM的定義，國際上有多種說法。就本人的觀點而言，定性的來說MCM應具備以下三個條件：（1）具有高密度多層布線基板；（2）內裝兩塊以上的裸芯片IC（一般為大規模集成電路）；（3）組裝在同一個封裝內。也就是說，MCM是一種在高密度多層布線基板上組裝有2塊以上裸芯片IC（一般為LSI）以及其它微型元器件，并封裝在同一外殼內的高密度微電子組件。2.優點——MCM技術有以下主要優點。1）使電路組裝更加高密度化，進一步實現整機的小型化和輕量化。與同樣功能的SMT組裝電路相比，通常MCM的重量可減輕80%~90%，其尺寸減小70~80%。在軍事應用領域，MCM的小型化和輕量化效果更為明顯，采用MCM技術可使導彈體積縮小90%以上，重量可減輕80%以上。衛星微波通信系統中采用MCM技術制作的T/R組件，其體積僅為原來的1/10~1/20。

2)進一步提高性能，實現高速化。與通常SMT組裝電路相比，MCM的信號傳輸速度一般可提高4~6倍。NEC公司在1979~1989年期間研究MCM在大型計算機中的應用，從采用一般的厚膜多層布線到使用高級的多芯片組件—混合多芯片組件，其系統的運算速度提高了37倍，達220億次/秒。采用MCM技術，有效的減小了高速VLSI之間的互連距離、互連電容、電阻和電感，從而使信號傳輸延遲大大減少。3)提高可靠靠性。統計表表明，電子整整機的失效大大約90%是是由封裝和互互連引起的。。MCM與SMT組裝電電路相比，其其單位面積內內的焊點減少少了95%以以上，單位面面積內的I/O數減少84%以上，，單位面積的的接口減少75%以上，，且大大改善善了散熱，降降低了結溫，，使熱應力和和過載應力大大大降低，從從而提高可靠靠性可達5倍倍以上。4)易于實實現多功能。。MCM可將將模擬電路、、數字電路、、光電器件、、微波器件、、傳感器以及及其片式元器器件等多種功功能的元器件件組裝在一起起，通過高密密度互連構成成具有多種功功能微電子部部件、子系統統或系統。HughesReserchlaboratory采采用三維多多芯片組件技技術開發的計計算機系統就就是MCM實實現系統級組組件的典型實實例。3.類型和特特點——通?？砂碝CM所用高密密度多層布線線基板的結構構和工藝，將將MCM分為為以下幾個類類型。1)疊層型MCM（MCM-L，其其中L為“疊疊層”的英文文詞“Laminate”的第一個個字母）也稱稱為L型多芯芯片組件，系系采用高密度度多層印制電電路板構成的的多芯片組件件，其特點是是生產成本低低，制造工藝藝較為成熟，，但布線密度度不夠高，其其組裝效率和和性能較低，，主要應用于于30MHz和100個個焊點/英寸寸2以下的產品以以及應用環境境不太嚴酷的的消費類電子子產品和個人人計算機等民民用領域。2)厚膜陶瓷瓷型MCM（（MCM-C，其中C是是“陶瓷”的英文名Ceramic的第一個個字母），系系采用高密度度厚膜多層布布線基板或高高密度共燒陶陶瓷多層基板板構成的多芯芯片組件。其其主要特點是是布線密度較較高，制造成成本適中，能能耐受較惡劣劣的使用環境境，其可靠性性較高，特別別是采用低溫溫共燒陶瓷多多層基板構成成的MCM-C，還易于于在多層基板板中埋置元器器件，進一步步縮小體積，，構成多功能能微電子組件件。MCM-C主要應用用于30~50MHz的的高可靠中高高檔產品。包包括汽車電子子及中高檔計計算機和數字字通信領域。。3)淀積型MCM（MCM-D，其其中D是“淀淀積”的英文文名Deposition的第一一個字母），，系采用高密密度薄膜多層層布線基板構構成的多芯片片組件。其主主要特點是布布線密度和組組裝效率高，，具有良好的的傳輸特性、、頻率特性和和穩定性.4)混合型MCM-H（（MCM-C/D和MCM-L/D，其中英文文字母C、D、L的含義義與上述相同同），系采用用高密度混合合型多層基板板構成的多芯芯片組件。這這是一種高級級類型的多芯芯片組件，具具有最佳的性性能/價格比比、組裝密度度高、噪聲和和布線延遲均均比其它類型型MCM小等等特點。這是是由于混合多多層基板結合合了不同的多多層基板工藝藝技術，發揮揮了各自長處處的緣故。特特別適用于巨巨型、高速計計算機系統、、高速數字通通信系統、高高速信號處理理系統以及筆筆記本型計算算機子系統。。五。組件與母母板（PCB）的電連接接1.要求1）電氣要求求◆信號互連◆電源／接地地互連2）散熱能力力3）機械能力力4）I／O要要求2.連接的的主要類型1）ZIF插插拔針連接（（見下圖A））2）彈簧連連接（見下圖圖B）3）插桿固緊緊連接（見下下圖C）4）柔性電路路ZIP互連連圖A。ZIF插拔針連接接圖B。彈簧連接圖C。插桿固固緊連接六。三維多芯芯片組件（3D-MCM)技術定義義、優點和類類型1.定義——系指半導體芯芯片在X、Y、Z三個方方向都實現了了高密度組裝的多多芯片組件技技術（也稱MCM-V)。2.優點——可實現更高組組裝密度（組組裝密度可達達200%，，而2D-MCM的最高組裝裝效率為90%）、體體積更小、重量更輕、功功能更多、性性能更優。甚甚至可實現一一個組件即是一一個整機系統統。3.類型——主要有以下兩兩種類型：1）2D-MCM疊片組組裝2）芯片疊層層組裝（通過過絲鍵合或凸凸點、TAB等）七。厚膜混合合電路定義及及其應用特點點1.定義——厚膜混合集成成電路(簡稱稱厚膜混合電電路或厚膜電路),是通過厚厚膜漿料(pasteorink)絲網印刷和燒燒結技術,在在陶瓷基板或或其它高導熱基板上形形成厚膜布線線、焊區和厚厚膜電阻,從而制成厚膜膜電路成膜基基板,再采用用表面組裝技術(SMT)和鍵合合技術,組裝裝半導體芯片片和其它片式元件件,構成具有有一定功能的的微電路.2.應用特點點厚膜電路具有有功率密度高高、承載電流流大、電壓高高、高頻特性性好、體積小小、可靠性和和穩定性高、、設計靈活、、易于實現多多功能微電路路等特點,特特別適宜制作作小型高可靠靠的功率電路路(包括DC/DC變換器、DC/AC變換器、AC/DC變換器、交流流電源、驅動動器、功率放放大器、電壓壓調節器等)以及高密度度高可靠的多多功能微電路路,廣泛用于于航天、航空空、船舶、兵兵器、雷達、、電子對抗、、通信、汽車車、計算機等等領域的制導導、遙測、動動力、引信、、控制、慣導導和信號處理理等電子系統統。NASA采用用厚膜混合集集成技術研制制了導彈制導導計算機的運運算組件。其其中采用了2.88in見方的厚膜膜多層布線基基板，組裝了了5個大規模模半導體集成成電路芯片，，12個中規規模半導體集集成電路芯片片（TTL）），6個片式式電容和6個個片式電阻，，629根鍵鍵合互連絲。。采用厚膜集成成技術制作厚厚膜混合集成成DC∕DC變換器是是厚膜混合電電路的一大類類產品。其產產品功率范圍圍達1W~120W，，電流最大20A，輸輸出路數從單單路到三路，，開關頻率300kHz~550kHz,國內120WDC∕DC變換器產產品的功率密密度達78W∕in3，輸出電壓15V，輸輸出電流8A，效率85%，，紋波＜100mV。。電性能能與INTERPOINT同類產品品相同，功率率密度高于INTERPOINT同同類產品(后后者為66.3W∕in3）。還可制作作高壓輸出（（160V~900V））的厚膜混合合集成DC∕DC變換器.采用厚膜混合合電路工藝制制作DC∕DC電源的優優點——1）減小產品品體積和重量量與常規PCB板組裝電源源同比，重量量可減少30%~60%，體積可減小25%~70%，2）提高功率率密度（25%~70%）3）提高微組組裝密度達30~40個個元器件∕平平方厘米4）擴展工作作溫度范圍（（-55℃~125℃））5）提高可靠靠性和頻率。。例如,100W的DC∕DC電源源功率密度和和重量比較：：功率密度（W∕in3)重重量(g)PCB板電路路37160厚膜HIC6278厚膜混合集成成濾波器包括括兩類：電源源濾波器（無無源）和信號號濾波器（有有源）。前者者也稱EMI濾波器，與與DC/DC電源配套使使用，輸入16V~40V，輸出電電流最大15A，插入損損耗40db（500kHz時）；；后者是使有有用頻率信號號通過，抑制制或衰減無用用頻率信號，，按其功能要要求不同有多多種。采用集集成運放+RC組成的厚厚膜混合集成成可編程濾波波器即是信號號濾波器的一一種。厚膜混合集成成交流電源包包括：單相400HZ和16kHZ交流電源，500HZ交流電源，500HZ馬達交流電源源，8kHZ交流電源等等。厚膜混合集成成驅動器包括括各種馬達伺伺服電路，其其中有：直流流電機伺服電電路，步進馬馬達驅動電路路，大功率馬馬達驅動器，，永磁馬達驅驅動電路，脈脈寬調制功放放電路，調寬寬功率放大器器等。八。薄膜混合電路定定義及其應用用特點1.定義——采用物理汽相相淀積（PVD，蒸發、濺射和離子鍍等））或化學汽相相淀積（CVD）工藝以及濕刻（光光刻）或干刻刻（等離子刻刻蝕等）圖形形成技術術，在基板上上形成薄膜元元件和布線，然后組裝裝微型元器件件（多為芯片片和片式元器件）構成成具有一定功功能的微電路路。區分是“薄膜膜”還是“厚厚膜”，主要要按工藝技術術分，而非主主要按其膜厚厚度（雖然厚厚度有區別，，GJB548中提到，薄膜膜厚度通常小小于5微米））2.應應用用特特點點薄膜膜電電路路具具有有：：精度度高高、、穩穩定定性性好好、、高高頻頻特特性性好好、、組組裝裝密密度度高高、、信信號號傳傳輸輸速速度度快快等等特特點點，，其其應應用用主主要要在在三三個個方方面面：：1））高高精精度度轉轉換換電電路路，，如如高高位位數數（（12~18位位））數數／模、、模模／數轉轉換換電電路路，，軸軸角角數數字字轉轉換換電電路路，，f／／V和和V／／f轉轉換換器器等等（（利利用用精精度度高高，，穩穩定定性性好的的特特點點））。。2)高高頻頻和和微微波波電電路路（（利利用用高高頻頻特特性性好好的的特特點點）），，薄膜膜集集總總參參數數微微波波混混合合集集成成電電路路應應用用頻頻率率可可高高達15~30GC，，若若與與分分布布參參數數電電路路結結合合，，可可用于于60GC。。3））信信號號和和數數據據處處理理電電路路（（利利用用線線條條細細、、布布線線密密度度高高、、信號號傳傳輸輸速速度度快快的的特特點點））。。通信信領領域域應應用用的的微微波波電電路路中中，，薄薄膜膜混混合合電電路路約約占占80%。。F-111型型殲殲擊擊機機的的攻攻擊擊雷雷達達中中，，高高頻頻部部分分采采用用了了薄薄膜膜混混合合電電路路，，中中頻頻采采用用了了厚厚膜膜電電路路，，使使得得整整機機與與原原分分立立元元件件電電路路相相比比，，體體積積減減小小了了75%，，重重量量減減輕輕了了63%，，可可靠靠性性提提高高了了3.5倍倍。。F-22戰戰斗斗機機的的機機載載雷雷達達數數據據處處理理系系統統采采用用了了薄薄膜膜技技術術制制成成的的MCM-D（（休休斯斯公公司司）），，使使機機載載雷雷達達重重量量減減輕輕了了96%，，體體積積減減小小了了93%。。八八十十年年代代美美國國微微波波網網絡絡公公司司采采用用薄薄膜膜混混合合電電路路技技術術首首次次研研制制成成功功18位位混混合合集集成成D／／A轉轉換換器器，，線線性性精精度度達達0.008%，，是是當當時時世世界界上上精精度度最最高高的的D／／A轉轉換換器器。。九。。共共燒燒陶陶瓷瓷多多層層基基板板的的類類型型及及應應用用特特點點1.類類型型————1））高高溫溫共共燒燒陶陶瓷瓷多多層層基基板板（（HTCC））2））低低溫溫共共燒燒陶陶瓷瓷多多層層基基板板（（LTCC））國際際上上對對其其共共燒燒陶陶瓷瓷多多層層基基板板類類型型的的劃劃分分原原則則是是按按其其陶陶瓷瓷多多層層基基板板的的共共燒燒溫溫度度是是在在1000℃以以上上或或以以下下來來分分，，共燒燒溫溫度度是是在在1000℃以以上上者者稱稱高溫溫共共燒燒陶陶瓷瓷多多層層基基板板，，共共燒燒溫溫度度是是在在1000℃以以下下者者稱稱低低溫共共燒燒陶陶瓷瓷多多層層基基板板。。所所謂謂共共燒燒溫溫度度系系指指陶陶瓷瓷基基板板材材料料和和布布線線導導體體漿漿料料同同時時完完成成燒燒結結的的溫溫度度。。*厚厚膜膜混混合合電電路路與與LTCC的的主主要要區區別別————前前者者分分層層印印燒燒，，后后者者共共燒燒。。LTCC的的主主要要優優點點————1））易易實實現現更更多多布布線線層層數數，，實實現現高高密密度度組組裝裝2））易易實實現現內內埋埋元元件件,實實現現多多功功能能。。3））高高頻頻特特性性和和高高速速傳傳輸輸特特性性好好4））燒燒結結前前可可進進行行質質量量檢檢查查5））可可實實現現空空腔腔結結構構，，易易于于實實現現多多功功能能和和微微波MCM））6））可可與與薄薄膜膜多多層層布布線線兼兼容容，，實實現現混混合合多多層層。。7））可可與與封封裝裝實實現現一一體體化化。。2.應應用用特特點點LTCC主要要用用于于高高頻頻和和微微波波電電路路以以及及信信號號和和數數據據處處理理電電路路，，而而HTCC則則更更適適用用于于功功率率MCM。。美國國IBM公公司司和和日日本本NEC公公司司采采用用共共燒燒陶陶瓷瓷多多層層技技術術，，于于1979~1990年年研研制制了了四四代代超超級級計計算算機機，，其其MCM類類型型從從MCM-C發發展展到到MCM-C／DIBM公公司司的的超超級級計計算算機機MCM-C／D采用用23層層布布線線LTCC，，2層層薄薄膜膜布布線線，，基基板板尺尺寸寸127.5mm××127.5mm，，2000W功功耗耗。。NEC公公司司的的超超級級計計算算機機MCM-C／D采用用45層層HTCC，，8層層薄薄膜膜布布線線，，基基板板尺尺寸寸225mm××225mm，，功功耗耗4000W。。美國國MartinMarietta公公司司采采用用10層層LTCC陶陶瓷瓷多多層層基基板板制制作作的的MCM-C用用于于軍軍用用飛飛機機和和導導彈彈目目標標探探索索和和識識別別系系統統的的圖圖像像處處理理電電子子裝裝置置，，該該MCM是是個個子子系系統統，，重重量量748g，，總總功功耗耗40W，，基基板板尺尺寸寸117mm××117mm，，內內含含16個個處處理理器器芯芯片片，，布布線線寬寬度度／間距距為為125mm，，芯芯片片為為TAB結結構構。。美國國Weastinghouse公公司司采采用用LTCC技技術術研研制制了了X波波段段T／R組件件，，基基板板布布線線層層數數22層層，，布布線線寬寬度度／間距距為為125mm，，具具有有多多種種復復雜雜的的空空腔腔結結構構。?；灏迳仙辖M組裝裝了了8個個GaAsMMIC芯芯片片，，4個個其其他他GaAs芯芯片片及及功功放放匹匹配配網網絡絡、、RF旁旁路路電電容容等等。。體體積積和和重重量量較較原原來來大大大大減減少少，，僅僅為為原原來來的的幾幾十十分分之之一一。。謝謝謝?。∥⒔M組裝裝工工藝藝流流程程及及其其設設備備張經經國國0305一。微組組裝裝基基本本工工藝藝流流程程框框圖圖多層層布布線線基基板板（（厚厚膜膜、、薄薄膜膜、、共共燒燒陶陶瓷瓷、、混混合合多多層層、、檢檢測測評評價價））元器器件件組組裝裝（（芯芯片片、、片片式式元元件件粘粘焊焊接接、、鍵鍵合合、、檢檢測測））密封封(烘烘烤烤、、封封蓋蓋、、檢檢漏漏））二。。微微組組裝裝工工藝藝線線建建線線要要點點及及基基本本構構成成設設備備1.工工藝藝線線建建線線要要點點1））產產品品對對象象（（功功率率、、信信號號處處理理、、高高頻頻、、低低頻頻））2））生生產產規規模模（（研研制制、、批批量量生生產產））3））產產品品應應用用領領域域（（工工業業、、航航天天、、艦艦船船、、地地面面））4））生生產產線線是是否否貫貫標標5））經經費費6））供供應應商商設設備備性性能能及及售售后后服服務務2.基基本設設備1）成成膜工工藝設設備a）厚厚膜：：印刷刷機，，烘干干爐，，燒結結爐，，激光光膜厚厚測試試儀，激激光調調阻機機，通通斷測測試儀儀，粘粘度計計b）薄薄膜：：真空空鍍膜膜機（（蒸發發，濺濺射）），光光刻機機，甩膠機機，等等離子子刻蝕蝕機（（或反反應離離子刻刻蝕機）），激激光調調阻機機，通通斷測測試儀儀，光光學形貌貌檢測測儀，，膜厚厚測試試儀（（臺階階儀））。c）LTCC：：生帶帶沖切切機，，生帶帶沖孔孔機，，生帶帶印刷刷機，，填孔孔機，，疊壓壓機，，排膠膠爐，，共燒燒爐，，通斷斷測試試儀，，激光膜膜厚測測試儀儀。d）混混合：：LTCC+薄薄膜+機械械拋光光研磨磨機。。9、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業業貧。。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。21:10:0721:10:0721:1012/28/20229:10:07PM11、以我獨獨沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2221:10:0821:10Dec-2228-Dec-2212、故人江海別別，幾度隔山山川。。21:10:0821:10:0821:10Wednesday,December28,202213、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。12月-2212月-2221:10:0821:10:08December28,202214、他他鄉鄉生生白白發發，，舊舊國國見見青青山山。。。。28十十二二月月20229:10:08下下午午21:10:0812月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:10下下午午12月月-2221:10December28,202216、行動出成果果，工作出財財富。。2022/12/2821:10:0821:10:0828December202217、做前，能夠夠環視四周；；做時，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點的射線線向前。。9:10:08下午9:10下下午21:10:0812月-229、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功??！。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很多多事情情努力力了未未必有有結果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。21:10:0821:10:0821:1012/28/20229:10:08PM11、成功就就是日復復一日那那一點點點小小努努力的積積累。。。12月-2221:10:0821:10Dec-2228-Dec-2212、世間成成事，不不求其絕絕對圓滿滿，留一一份不足足，可得得無限完完美。。。21:10:0821:10:0821:10Wednesday,December28,202213、不知香積