中国电子科技集团第三十八研究所 安徽省合肥市 230001
摘要：现代芯片封装技术更迭迅速，快速推动电子装联主流SMT迎来后SMT时代。以目前所有的电子装联技术和相应装备能力来说，部分电子元器件的组装和应用已经超越其极限，越来越不能满足电子装联的技术要求。
关键词：现代芯片SMT电子装联
随着技术的发展，电子元器件的尺寸逐步缩小，现已有部分半导体件尺寸缩减到了毫微级。造成基于机械组装和焊接的传统装联技术，遇到了发展的瓶颈。未来科技的发展不断渴求制造出需要超微级电子元器件装联才能满足尺寸要求的电子设备。
一、自组装技术
自然界中存在许多奇妙现象，它们通过采用自身复制方式形成许多高度复杂结构，小到分子，大到肉眼可见的颗粒及万物，这些结构都是某种基元的重复排列和组成，这种现象被称之为自组装。例如DNA双螺旋线是生物学领域中的自组装体现，多种晶体栅格的形成也是自组装的典范。受此启发，将自组装原理应用到装联技术领域，需要对装联环境条件，如压力、温度、分子力或电场/电磁场等进行过程控制，最终获得想要的装联结构和属性。目前已有不少单位在此方面展开研究。
加州Alirn技术有限公司，首次提出流动式自组装（FSA）技术概念，该技术以获得深入研究并成熟化，并获得专利，目前已经广泛应用于RFID标签的大批量、高速、低成本的制造。该技术选择毫微米级IC并且将其置于基板上，通过溶液清洗，并让它们作为最低能态，代表预置位置的空穴，技术将初步定位过程和最终定位过程融合为一，提高了装联效率，产能为2m/H。IBM公司在基于电子学的DNA科研项目中探索缩氨酸和毫微管结合的可能性。该公司在超密闪存的硅基板上，使用自组织聚合体矩阵，成功制备出了毫微晶体，其中所使用的聚合物矩阵为具有20nm直径的栅格孔。以上研究为基于自组装原理批量装联电子元器件鼓舞了士气。
EUSHOT利用光电技术进行自组装研究；加州大学M.Ozkan等人利用电场作为定向力对组装过程进行控制；剑桥大学微小系统技术实验室利用磁场进行组装操作，这些研究表明光电和磁均可用来对电子元器件能有效操作，将毫微电子元器件移动到预设位置。同时，圣地亚哥大学的S.C.Esener和Fraunhofer，IZM和Purdur大学的H.M.cNally等人在分子识别作为较高的可选择性方面展开了相关研究，已经取得初步进展。
二、电子装联技术未来走向
以现有的电子装联工艺技术模式和工艺装备能力来说间距为0.3mm的CSPs等芯片的应用已近极限。未来比上述元器件更小的超微级元器件及分子电路板的应用，从穿孔安装（THT）到表面安装（SMT）已流行数十年来的组装概念及其工艺技术装备（如印刷机、贴片机、各类焊接设备及检测设奋等）都将无法胜任而退出历史舞台。
随着半导体和微机械元器件尺寸小到毫微级时，基于机械组装系统和焊接技术的传统组装和连接技术，将会遇到严重的挑战。D.OPopa在2004年SME制造月刊中发表的“微型和中间规模的组装”提出了“封装差距”，若按摩尔定律继续进行的话，就会在2010年以后的十年中发生“组装危机”。因此，串行处理这些小元器件已是不再可行的。在大量组装毫微米级元器件时，己不再使用机械工具方法来精确定位元器件了。主要影响这些元器件精确定位和贴装的因素是极小分子间的相互作用力。由此可见基于机械方式的串行处理技术将会完全失效。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆A.Singh等人在1999年IEEE微机械系统期刊发表的“使用倒装焊键合进行微晶的移动”一文中所提出的方法是：使用移动的方式将预先搭建整个系统的薄膜图形转移到基板上，使用“印刷”的方式可以并行地制造整个电路图形。从效果上讲与喷墨或印刷到基板的思维是相似的：首先试图在并行处理时将大量的中型级元器件放置于临时的基板上，再将它们互连后移离临时基板（作为贴装工作台的临时基板是可以反复使用的）。在液体中或喷射印刷推进的方式下，应用扩散原理可以将元器件放置于该平台上，这样可以使元器件接近其最终的位置。另一种将元器件置于其位置的方法是：美国专家Adalytix所做的，即应用微流体力学进行的一种高速初步定位的技术，由于此法具有较高的并行度，所以会达到较高的生产量。并行定位元器件的其他原理包括：静电学和磁学。总之，将元器件定位到所要求的位置及最终的对准过程是比较复杂的，而且这些过程还需要复杂的工艺技术。通过克服弱的小范围力-键合力就可以达到所希望的标准。以上过程可以在润湿性或流动性环境中形成。从上述分析中可知，未来电子装联技术工程师所要求掌握的知识结构，将向复合化方向扩展。
三、电子装联目前的发展水平
传统采用基板和电子元器件分别制作，再利用SMT技术将其组装在一起的安装方式，在实现更高性能，微型化、薄型化等方面，显得有些无能为力。电子安装正从SMT向后SMT（post-SMT）转变。通讯终端产品是加速开发3D封装及组装的主动力，例如手机已从低端（通话和收发短消息）向高端（可拍照、电视、广播、MP3、彩屏、和弦振声、蓝牙和游戏等）发展，要求体积小、重量轻、功能多。专家预测：2008年以后手机用存储器将超过PC用存储器。芯片堆叠封装（SDP），多芯片封装（MCP）和堆叠芯片尺寸封装（SCSP）等，将大量应用，装联工艺必须加快自身的技术进步，以适用其发展。为适应微型元器件组装定位的要求，新的精准定位工艺方法不断推出，例如日本松下公司针对0201的安装推出的“APC（AdvancedProcessControl）”系统，可以有效地减少工序中由于焊盘位置偏差和焊膏印刷位置偏差而引起的再流焊接的不良，作为继SMT技术之后（post-SMT）的下一代安装技术，将促使电子元器件、封装、安装等产业发生重大变革。驱使原来由芯片→封装→安装→再到整机的由前决定后的垂直生产链体系，转变为前后彼此制约的平行生产链体系，工艺技术路线也必将作出重大调整，以适应生产链的变革，PCB基板加工和安装相结合的技术是未来瞩目的重大发展方向。
四、未来装联的发展趋势需要新的技术和工艺，其可能的组装原理和技术工艺将会是何种形式呢，下面将对出现的可能做一一分述。
4.1中转移动技术：A.Singh等人提出了一种组装毫微电子元件的移动方法，该方法与喷墨或印刷到基板的模式相类似：预先设计和搭建所要构件系统的薄膜图形，将薄层图形平移到制备所需基板上，印刷并行指导完成电路图形。详细来说，首先将所需装联的电子元器件放置于中转基板上，将它们装联后从中站基板移除；然后在液体中或喷射印刷推进的帮助下，在操作平台上基于扩散原理将电子元器件靠近并最终定于最初设计位置。
4.2微流体力学定位技术：美国专家Adalytix提出了一种高速初步定位技术，该技术基于微流体力学原理，实践证明该方法使得毫微电子元件并行度良好，装联速度快，因此提高了生产效率。此外，并行定位元器件的还可基于静电学和磁学原理。中转移动法和微流体力学定位法可以在润湿性或流动性环境中进行操作，再克服弱小范围力的键合力就能实现标准要求
4.3轻微振动技术：人们发现定位中型级元器件，如果能有效减小毫微元器件和基板焊凸点间的表面能，通过组装的轻微振动可调整不精确的粗定位，轻微振动操作可以使电子元器件重新调整位置达到重新定位的目的。这种方法需把焊凸点加热到高于熔点温度。目前哈佛大学、明尼阿波利斯，以及明尼苏达大学在此方面展开合作研究。
结语：
中转移动技术、微流体力学技术、轻微振动技术和自组装技术对于毫微电子元器件的装联发展必将带来革命性的变化，是下一步电子元器件装联的重要发展方向；目前这些研究正处于初步阶段，亟需更多科研工作人员的不懈努力和完善，前景广阔。
参考文献：
[1]余国兴.现代电子装联工艺基础[M].西安电子科技大学出版社，2015.
[2]樊融融.现代电子装联工艺缺陷及典型故障100例[M].电子工业出版社，2012.
[3]魏伟.浅谈现代电子装联工艺技术的发展走向[J].电子世界，2014（10）：154-154.
论文作者:罗冬梅
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/20
标签：技术论文; 元器件论文; 基板论文; 电子元器件论文; 电子论文; 流体力学论文; 位置论文; 《防护工程》2019年第3期论文;