微组装关键工艺设备技术平台研究

微组装关键工艺设备技术平台研究

王贵平

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西，太原，030024)

摘

要：介绍了微组装设备技术发展现状，重点论述了微组装关键设备工程化技术、先进微组装

工艺技术和微组装工艺设备标准规范等微组装设备技术平台研究。通过该技术平台的研究，提升了微组装关键设备的先进性、稳定性和工艺系统集成能力。关键词：微组装工艺设备；工艺系统集成；技术平台中图分类号：TN605

文献标识码：A

文章编号：1004-4507(2014)01-0008-05

StudyonTechnologyPlatformofMicroassembly

ProcessEquipment

WANGGuiping

Taiyuan030024)(The2ndResearchInstituteofCETC，

Abstract:Inthispaper,thedevelopingactualityofMicroassemblyequipmenttechnologywere

introduced.AndStudyonTechnologyPlatformweredescribedindetail,includingMicroassemblyprocessequipment'stechnology,advancedMicroassemblyprocesstechnology，constitutingstandardofMicroassemblyprocessequipment.TheresearchofthisTechnologyPlatformupgradesthestabilityandProcessSystemIntegratingofMicroassemblyequipment.Keywords:Microassemblyprocessequipment；Processsystemintegrating；Technologyplatform

微组装技术是综合运用高密度多层基板技术、多芯片组装技术、三维立体组装技术和系统级组装技术，将集成电路裸芯片、薄/厚膜混合电路、微小型表面贴装元器件等进行高密度互连，构成三维立体结构的高密度、多功能模块化电子产品的一种先进电气互联技术。随着电子信息产品向小型化、轻量化、高工作频率、高可靠和低成本等方向发展，对微组装技术的要求越来越高。微组装工艺设备是微组装工艺技术的物化载体，是新产品、新工艺研发

收稿日期：2013-12-15

基础，微组装工艺设备技术已经成为电子先进制造技术水平的重要标志之一，在电子、航空、航天、船舶、兵器等行业得到了越来越广泛的应用。

1微组装设备技术发展现状

微组装设备技术早期的发展动力来源于军事和大型计算机方面，20世纪90年代以来,移动电话、个人数字助理、数码相机等消费类电子产品的

8（总第227期

体积越来越小，工作速度越来越快,智能化程度越来越高,这些日新月异的变化为微组装设备技术的发展提供了广阔的应用前景。

先进国家非常重视对微组装工艺设备技术研究，国外微组装设备已经具备全自动、高精度和在线检测等功能。如意大利Baccini公司的打孔机、丝网印刷机和叠片机设备精度高、速度快、自动化程度高，并且设备间有良好的数据接口，适合大批量生产；美国PTC公司的层压设备、微孔填充设备、激光打孔设备为其代表产品，其等静压层压机是以水作为介质均匀传递层压力，收缩一致性好；日本MICRO-TEC和英国DEK公司的精密印刷设备较为先进，日本MICRO-TEC公司的MT-750TV丝网印刷机的印刷速度可达300mm/s；德国H&K公司的BONDJETBJ820全自动引线键合机具有运动速度高、深腔焊、引线程序可控等特点。

随着高端电子器件国产化工程的进展，作为制造保障的微组装工艺设备的国产化进程也在加快。国内微组装设备生产厂家正在多元化发展，既有中国电科、中科院、中国兵器、中航工业等军工集团所属的科研院所，也有深圳伟天星、成都洪明电子等民营企业，都开始自主研发微组装设备。其中中国电子科技集团公司第二研究所通过近十年的设备研制和工艺技术研究，形成多层基板制造和组装两大系列设备，实现了LTCC多层基板制造、电路基板上芯片贴装、电气互连和管壳封装的功能，设备性能结构同国外同类产品相当，目前设备基本能达到应用要求，并对各设备之间的数据对接和共享、工艺基准一致性、工艺匹配性、工装兼容性进行设计，初步具备整线设备工艺系统集成能力，产品已销售到航空、兵器和电子等多个军工单位，在国内微组装行业已形成一定的影响力，成为国内LTCC多层基板和组装全线工艺设备供应商，已具备了微组装多层基板及组装工艺设备建线能力。

2微组装设备技术平台研究内容

2.1微组装关键设备工程化技术

微组装关键设备工程化技术研究是一项综合

性系统研究，涉及设计、加工、装配、测试和验证等多个技术环节。开展LTCC多层基板制造设备生产线、组装和气密性封装等高密度微组装工艺设备工程化研制，形成高速高精度运动、加热加压精确控制、图像识别处理、控制软件设计等单元技术，重点突破关键设备生瓷带打孔机、自动引线键合机和高精度倒装焊机产品的设计制造技术难点。2.1.1生瓷带打孔机设计制造

打孔机是在生瓷片上形成0.1～0.5mm直径的通孔、方孔或异型孔，是LTCC多层基板制造中关键的工序。其中冲孔组件为打孔机的关键部件，直接影响打孔机孔径大小、位置精度。冲孔单元的设计制造是设备技术难点。

冲孔组件由上模、下模、底座等几部分组成，上模与下模通过导套导柱连接、气缸驱动。下模由直线电机驱动可相对底座转动，底座与XY平台均以花岗岩为基台。单个冲孔单元以机械的方式高精度排列组合，可实现单个或多个冲孔单元的冲孔动作。冲孔组件中上模、下模要求对位精度高，要求冲头的运行直线度2μm；冲孔单元的安装位置精度±1μm。冲头直径最小准0.

1mm±0.001mm，要求耐磨性好、边缘精度高，加工难度比较大。2.1.2自动引线键合机设计制造

全自动引线楔焊键合机是集光、机、电为一体的自动化设备，通过自动送丝机构，利用加压、加热、超声的方式，用金丝作为互连介质，完成芯片与基板之间的引线鍵合，实现其电气互连功能。其中键合机头为设备的关键部件。

键合机头主要由送丝机构、θ轴、焊接机构和气体冷却系统组成。送丝机构是将线圈装在线箍上，用盖板卡紧，然后让金丝从固定轴和导线管穿过，进入焊接机构，可以保证在焊接送丝时线圈固定不动，金丝根据焊接需要拉出所需长度。θ轴由伺服电机驱动，同步带传动，其中机头和上探头双视野镜头分别固定在θ轴上。焊接机构固定在θ轴上，根据焊点需要跟随θ轴旋转，其主要由线夹部件、线刹机构、音圈电机、变幅杆、劈刀等组成。焊接机构中的压电电机可以根据不同金丝的粗细控制线夹的开合大小和线刹的压紧力。

总第227期）9

2.1.3高精度倒装焊机设计制造

高精度倒装焊机通过完成基板和芯片的负压吸取，电路图形的精确对位，以及加热和加压等功能，从而实现金凸点和共晶焊料凸点芯片在硅、陶瓷基板上的倒装焊接。多维运动平台是倒装焊机的关键部件。

多维精密运动平台采用精密机械传动部件如精密滚珠丝杆、低摩擦系数导轨和无间隙联轴器等购成精密运动机构。运动平台由花岗岩平台上的气垫支撑，保证了运动平面度，减小传动负载。运动平台采用空气轴承导向，利用压缩气体在相对运动部件之间形成的气膜来支撑负载，由于气体的黏性系数比油膜低很多，因此其润滑膜的厚度可以很小，气膜的厚度在10μm以内，充分保证定位精度要求。但由于空气轴承的气膜很薄，对零件的加工精度要求高，因此成本比较高，另外气源要求严格，需要多级净化。2.2先进微组装工艺技术

通过先进微组装工艺研究，构建具有物化元器件生产研制的模拟环境和条件，对设备功能、不同工艺参数进行试验，优化工艺参数，记录并整理不同材料、机型、以及各种参数条件下的试验数据，通过系统分析摸索出整套工艺方法，建立微组装工艺技术平台，提升设备和工艺系统集成能力。2.2.1LTCC基板制造工艺技术

LTCC基板工艺技术，是将低温烧结陶瓷粉制成生瓷带，在生瓷带上通过打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃以下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。如图1所示，LTCC多层基板典型制造工艺主要有微孔填充、印刷、层压和烧结等。

（1）微孔填孔工艺。LTCC基板垂直方向上层与层的电气连接，靠冲孔后再填入的金属膏来达成。如果浆料没有填妥，会造成断路；若填入的高度太高，则会造成线路印刷质量不佳。选用高黏度专用填充浆料，确保填孔填实，形成盲孔。填充不10（总第227期

流延切片第1层生瓷带

第2层生瓷带

....第n层生瓷带

打孔打孔打孔印刷导体浆料印刷导体浆料印刷导体浆料通孔填充通孔填充通孔填充

叠片，层压热切排胶烧结测试

图1LTCC多层基板典型制造工艺流程

能过满或不够，特别是微带线、带状线之间的匹配连接孔，如出现孔洞，将会影响电路的高频性能。

（2）导体印刷工艺。制作的多层互连基板的最小线宽/线间距为100μm/150μm。与陶瓷基板相比，生瓷带上印制导体，使表面更平滑且边缘锯齿小、分辨率高，适合高频电路的特点。印刷工艺参数包括刮板速度、角度、压力和柔韧性等，若印刷参数控制不当，则线条边缘呈锯齿状，对电路性能影响较大。

（3）叠片层压工艺。将填充好和金属化后的生瓷片按顺序放入专用叠模中，通过叠片机自动对准而形成一个待热压的生瓷体。为使叠层后的生瓷体在排胶烧结时不起泡分层，对生瓷体进行热压。采用等静压工艺，在70℃和22MPa下压10～15min，这样，可使层压压力均匀分布到生瓷体上，确保基板烧结收缩率一致。

（4）排胶烧结工艺。排胶烧结关系到瓷体中气体的多少、颗粒之间的结合程度以及基板机械强度的高低。升温速率不宜过快，否则会导致烧结后基板的平整度差、收缩率减小，甚至会发生翘曲。采用烧结炉，优化排胶升温速率和保温时间与生

瓷带的尺寸、层数和金属化量的关系。2.2.2高密度组装与封装工艺技术

组装与封装技术是指在多层基板上安装电子

电路基板IC芯片

清洗

元器件和外壳的气密性封装，主要包括清洗、芯片互连、管壳密封等工艺过程。图2所示为组装与封装的典型工艺流程图。

芯片引线焊接

组

装工艺

芯片粘贴或芯片共晶

芯片倒装焊

封装工艺

测试与贮存

盖板平行封焊管壳引线焊接

基板共晶

清洗

管壳底座管壳盖板

图2组装与封装典型工艺流程

（1）清洗工艺。在微组装整个工艺流程中多次用到清洗，主要有超声清洗、化学湿台清洗、等离子清洗技术等。其中，等离子清洗技术主要用于丝带焊之前焊盘的清洗，提高键合强度。

（2）引线键合工艺。引线键合工艺是指用金丝或铝丝将芯片上的I/O焊盘和外围电路通过热、超声和压力相连，实现细金丝、粗金丝和金带的楔焊，适应金丝规格为18～100μm，金带规格为100～500μm宽、25～50μm厚。具有45°和90°两种送丝方式，可多点焊接、深腔焊、软接触功能，实现尾丝精确控制。

（3）管壳密封工艺。管壳密封工艺通过电流局部烧熔金属从而使盖板和管壳焊接成一体的工艺被称为管壳密封工艺，为电路提供了一个密封的工作环境，浅腔式金属及陶瓷管壳的气密性封焊，具有器件真空干燥、氮气保护封焊功能，封焊产品性能应符合GJB-548A要求。2.2.3制定微组装工艺设备标准规范

微组装工艺设备研发单位更多地关注设备的加工制造精度是否能满足设计要求，而对设备交付用户后是否能满足用户产品的工艺需要，能否最合理有效地发挥作用关注度不足，造成一些设备虽经生产单位验收合格，但到用户手中后不能很快地投入生产，产生的问题不能及时地解决。由于缺乏统一的微组装设备标准，微组装工艺设备的生产制造工艺技术和检验方法纷乱繁杂，往往出现同种设备几家制造，几个设计准则，技术指标范围不一、几个

检验规则的局面。设备的制造和验收过程没有共同的行为准则，工艺基准不一、工艺匹配性、工装兼容性不好，各厂家和生产的设备之间不能有效实现数据对接和共享、间接影响了产品质量，在一定程度上制约了国产微组装设备的集成能力和推广应用，影响了微组装设备工艺线的建设成效。

制定微组装生产线工艺设备标准规范，满足国内微组装设备制造商和用户同时使用要求的微组装关键工艺设备行业标准，科学地指导和规范各设备的论证、设计、制造、检验验收、包装、运输、贮存、安装、使用和维修等寿命周期全过程。有效地规范国内微组装生产线工艺设备制造过程和工艺线贯通过程，系统解决微组装领域工艺设备及组线的标准化需求，使各微组装设备的生命周期全过程有据可依，为国内微组装工艺设备研发单位和使用单位提供统一、系统性的双向指导作用。微组装关键工艺设备标准规范的制定应包括：

（1）生瓷切片机通用规范；（2）生瓷打孔机通用规范；（3）微孔填充机通用规范；（4）LTCC叠片机通用规范：（5）LTCC层压机通用规范；（6）LTCC热切机通用规范；（7）LTCC排胶烧结炉通用规范：（8）共晶焊机通用规范；（9）热声焊机通用规范；（10）倒装焊机通用规范；

总第227期）11

（11）平行缝焊机通用规范；

（12）在线式等离子清洗机通用规范。

的跨越式发展，带动整个行业的科技进步和市场竞争能力的提高。

参考文献：

[1]

顾勇等，王莎鸥，赵建明，等.高密度3-D封装技术的应用与发展趋势[J].电子元件与材料，2010，7(1)：67-70.[2][3]

金家富，胡骏.LTCC电路基板上金丝热超声楔焊正交试验分析[J].电子工艺技术.2012，2(1)：99-102.王彩萍，焦子健，杨卫，等.气动技术在生瓷带打孔机中的应用[J].电子工艺技术.2011，2(1)：115-118.

3结束语

微组装关键工艺设备技术平台研究以提高设备技术研发、工艺验证、产品信息化、智能化为目的，对微组装关键工艺设备进行工程化和先进微组装工艺技术研究，实现设备与工艺的系统集成，建立微组装工艺设备标准规范，提高微组装工艺设备技术核心能力的平稳和良性发展，满足新型电子元器件先进封装应用需求，形成微组装关键设备研发生产基地，促进我国电子专用设备行业

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

作者简介：

王贵平，（1964-），男，山西榆次人，大学本科，高级工程师，主要从事电子专用设备及工艺技术的研发工作。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第7页）

术研究[D].南京：南京航空航天大学材料科学与技术

2002，14(1)：24-29.

[17]FidanI.CAPPforelectronicsmanufacturingcasestudy：

finepitchSMTlasersoldering[J].JournalofElectronicPackaging，2004，126(1)：173-176.

[18]HiroshiNishikawa，TadashiTakemoto，Effectofisother-malagingonSn-Ag-CusolderjointonelectrolessNi-P/Auplatingbylaserreflowsoldering[J].Proceedingsfromthe5thInternationalBrazingandSolderingConfer-ence，2012，April：22-25.

[19]ZhalefarP，DadooA，etal.StudyonEffectsofSolder

FluxesonCatastrophicMirrorDamagesDuringLaserDiodePackaging[J].Components，PackagingandManu-facturingTechnology，2013.Jan：46-51.

[20]M.E.Khosroshahi，M.S.Nourbakhsh，etal.Characteriza-tionofskintissuesolderingusingdiodelaserandindo-cyaninegreen：invitrostudies[J].LasersinMedicalSci-ence，March2010，25(Issue2)：207-212.

[21]M.E.Khosroshahi，M.S.Nourbakhsh，etal.Application

ofAlbuminProteinandIndocyanineGreenChromophoreforTissueSolderingbyUsinganIRDiodeLaser：ExVivoandInVivoStudies[J].PhotomedicineandLaserSurgery，December2010，28(6)：723-733.

[22]HasimO.，Tabakoglu，M.Sc，etal.TheEffectofIrradiance

Levelin980-nmDiodeLaserSkinWelding[J].Pho-tomedicineandLaserSurgery，2010August，28(4)：453-458.

[23]韩宗杰.电子组装元器件半导体激光无铅软钎焊技

学院博士论文，2009：56-78.

[24]张昕.QFP器件半导体激光无铅钎焊工艺研究[D].南

京：南京航空航天大学研究生院材料学院硕士论文，2008：35-56.

[25]姚立华.半导体激光软钎焊技术研究[D].南京：南京

航空航天大学材料科学与技术学院硕士论文，2006：50-56.

[26]盛重.QFP焊点可靠性研究及其热循环疲劳寿命预测

[D].南京：南京航空航天大学材料科学与技术学院硕士论文，2012：47-57.

[27]解启林，刘炳龙.激光技术在电子互连与封装中的应

用探讨[C].第十五次全国焊接学术会议论文集，2010，(07)：86-89.

[28]黄东林.基于振镜扫描的激光焊接技术研究[D].广州：

华南理工大学材料加工工程硕士论文，2010：28-35.[29]黄韬.半导体激光器焊点温度监控系统的设计[D].武

汉：华中科技大学硕士论文，2012：25-37.

[30]李明雨，王春青，王晓林.激光喷射钎料球键合焊点

界面组织及其可靠性分析[J].金属学报，2010(9)：1115-1120.

[31]MiyazakiT，OmataT.Electromigrationdegradationmech-anismforPb-freeflip-chipmicrosolderbumps[J].MicroelectronicsandReliability，2006，46(9-11)：1898-1903.[32]NaiSML，WeiJ，GuptaM.Influenceofceramicrein-forcementsonthewettabilityandmechanicalpropertiesofnovellead-freesoldercomposites[J].ThinSolidFilms，2006，504(1-2)：401-404.

12（总第227期

微组装关键工艺设备技术平台研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

王贵平， WANG Guiping

中国电子科技集团公司第二研究所，山西，太原，030024电子工业专用设备

Equipment for Electronic Products Manufacturing2014(1)

参考文献(3条)

1.顾勇;等;王莎鸥;赵建明 高密度3-D 封装技术的应用与发展趋势 2010(1)2.金家富;胡骏 LTCC 电路基板上金丝热超声楔焊正交试验分析 2012(1)3.王彩萍;焦子健;杨卫 气动技术在生瓷带打孔机中的应用 2011(1)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzgyzysb201401002.aspx

微组装关键工艺设备技术平台研究

王贵平

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西，太原，030024)

摘

要：介绍了微组装设备技术发展现状，重点论述了微组装关键设备工程化技术、先进微组装

工艺技术和微组装工艺设备标准规范等微组装设备技术平台研究。通过该技术平台的研究，提升了微组装关键设备的先进性、稳定性和工艺系统集成能力。关键词：微组装工艺设备；工艺系统集成；技术平台中图分类号：TN605

文献标识码：A

文章编号：1004-4507(2014)01-0008-05

StudyonTechnologyPlatformofMicroassembly

ProcessEquipment

WANGGuiping

Taiyuan030024)(The2ndResearchInstituteofCETC，

Abstract:Inthispaper,thedevelopingactualityofMicroassemblyequipmenttechnologywere

introduced.AndStudyonTechnologyPlatformweredescribedindetail,includingMicroassemblyprocessequipment'stechnology,advancedMicroassemblyprocesstechnology，constitutingstandardofMicroassemblyprocessequipment.TheresearchofthisTechnologyPlatformupgradesthestabilityandProcessSystemIntegratingofMicroassemblyequipment.Keywords:Microassemblyprocessequipment；Processsystemintegrating；Technologyplatform

微组装技术是综合运用高密度多层基板技术、多芯片组装技术、三维立体组装技术和系统级组装技术，将集成电路裸芯片、薄/厚膜混合电路、微小型表面贴装元器件等进行高密度互连，构成三维立体结构的高密度、多功能模块化电子产品的一种先进电气互联技术。随着电子信息产品向小型化、轻量化、高工作频率、高可靠和低成本等方向发展，对微组装技术的要求越来越高。微组装工艺设备是微组装工艺技术的物化载体，是新产品、新工艺研发

收稿日期：2013-12-15

基础，微组装工艺设备技术已经成为电子先进制造技术水平的重要标志之一，在电子、航空、航天、船舶、兵器等行业得到了越来越广泛的应用。

1微组装设备技术发展现状

微组装设备技术早期的发展动力来源于军事和大型计算机方面，20世纪90年代以来,移动电话、个人数字助理、数码相机等消费类电子产品的

8（总第227期

体积越来越小，工作速度越来越快,智能化程度越来越高,这些日新月异的变化为微组装设备技术的发展提供了广阔的应用前景。

先进国家非常重视对微组装工艺设备技术研究，国外微组装设备已经具备全自动、高精度和在线检测等功能。如意大利Baccini公司的打孔机、丝网印刷机和叠片机设备精度高、速度快、自动化程度高，并且设备间有良好的数据接口，适合大批量生产；美国PTC公司的层压设备、微孔填充设备、激光打孔设备为其代表产品，其等静压层压机是以水作为介质均匀传递层压力，收缩一致性好；日本MICRO-TEC和英国DEK公司的精密印刷设备较为先进，日本MICRO-TEC公司的MT-750TV丝网印刷机的印刷速度可达300mm/s；德国H&K公司的BONDJETBJ820全自动引线键合机具有运动速度高、深腔焊、引线程序可控等特点。

随着高端电子器件国产化工程的进展，作为制造保障的微组装工艺设备的国产化进程也在加快。国内微组装设备生产厂家正在多元化发展，既有中国电科、中科院、中国兵器、中航工业等军工集团所属的科研院所，也有深圳伟天星、成都洪明电子等民营企业，都开始自主研发微组装设备。其中中国电子科技集团公司第二研究所通过近十年的设备研制和工艺技术研究，形成多层基板制造和组装两大系列设备，实现了LTCC多层基板制造、电路基板上芯片贴装、电气互连和管壳封装的功能，设备性能结构同国外同类产品相当，目前设备基本能达到应用要求，并对各设备之间的数据对接和共享、工艺基准一致性、工艺匹配性、工装兼容性进行设计，初步具备整线设备工艺系统集成能力，产品已销售到航空、兵器和电子等多个军工单位，在国内微组装行业已形成一定的影响力，成为国内LTCC多层基板和组装全线工艺设备供应商，已具备了微组装多层基板及组装工艺设备建线能力。

2微组装设备技术平台研究内容

2.1微组装关键设备工程化技术

微组装关键设备工程化技术研究是一项综合

性系统研究，涉及设计、加工、装配、测试和验证等多个技术环节。开展LTCC多层基板制造设备生产线、组装和气密性封装等高密度微组装工艺设备工程化研制，形成高速高精度运动、加热加压精确控制、图像识别处理、控制软件设计等单元技术，重点突破关键设备生瓷带打孔机、自动引线键合机和高精度倒装焊机产品的设计制造技术难点。2.1.1生瓷带打孔机设计制造

打孔机是在生瓷片上形成0.1～0.5mm直径的通孔、方孔或异型孔，是LTCC多层基板制造中关键的工序。其中冲孔组件为打孔机的关键部件，直接影响打孔机孔径大小、位置精度。冲孔单元的设计制造是设备技术难点。

冲孔组件由上模、下模、底座等几部分组成，上模与下模通过导套导柱连接、气缸驱动。下模由直线电机驱动可相对底座转动，底座与XY平台均以花岗岩为基台。单个冲孔单元以机械的方式高精度排列组合，可实现单个或多个冲孔单元的冲孔动作。冲孔组件中上模、下模要求对位精度高，要求冲头的运行直线度2μm；冲孔单元的安装位置精度±1μm。冲头直径最小准0.

1mm±0.001mm，要求耐磨性好、边缘精度高，加工难度比较大。2.1.2自动引线键合机设计制造

全自动引线楔焊键合机是集光、机、电为一体的自动化设备，通过自动送丝机构，利用加压、加热、超声的方式，用金丝作为互连介质，完成芯片与基板之间的引线鍵合，实现其电气互连功能。其中键合机头为设备的关键部件。

键合机头主要由送丝机构、θ轴、焊接机构和气体冷却系统组成。送丝机构是将线圈装在线箍上，用盖板卡紧，然后让金丝从固定轴和导线管穿过，进入焊接机构，可以保证在焊接送丝时线圈固定不动，金丝根据焊接需要拉出所需长度。θ轴由伺服电机驱动，同步带传动，其中机头和上探头双视野镜头分别固定在θ轴上。焊接机构固定在θ轴上，根据焊点需要跟随θ轴旋转，其主要由线夹部件、线刹机构、音圈电机、变幅杆、劈刀等组成。焊接机构中的压电电机可以根据不同金丝的粗细控制线夹的开合大小和线刹的压紧力。

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2.1.3高精度倒装焊机设计制造

高精度倒装焊机通过完成基板和芯片的负压吸取，电路图形的精确对位，以及加热和加压等功能，从而实现金凸点和共晶焊料凸点芯片在硅、陶瓷基板上的倒装焊接。多维运动平台是倒装焊机的关键部件。

多维精密运动平台采用精密机械传动部件如精密滚珠丝杆、低摩擦系数导轨和无间隙联轴器等购成精密运动机构。运动平台由花岗岩平台上的气垫支撑，保证了运动平面度，减小传动负载。运动平台采用空气轴承导向，利用压缩气体在相对运动部件之间形成的气膜来支撑负载，由于气体的黏性系数比油膜低很多，因此其润滑膜的厚度可以很小，气膜的厚度在10μm以内，充分保证定位精度要求。但由于空气轴承的气膜很薄，对零件的加工精度要求高，因此成本比较高，另外气源要求严格，需要多级净化。2.2先进微组装工艺技术

通过先进微组装工艺研究，构建具有物化元器件生产研制的模拟环境和条件，对设备功能、不同工艺参数进行试验，优化工艺参数，记录并整理不同材料、机型、以及各种参数条件下的试验数据，通过系统分析摸索出整套工艺方法，建立微组装工艺技术平台，提升设备和工艺系统集成能力。2.2.1LTCC基板制造工艺技术

LTCC基板工艺技术，是将低温烧结陶瓷粉制成生瓷带，在生瓷带上通过打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃以下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。如图1所示，LTCC多层基板典型制造工艺主要有微孔填充、印刷、层压和烧结等。

（1）微孔填孔工艺。LTCC基板垂直方向上层与层的电气连接，靠冲孔后再填入的金属膏来达成。如果浆料没有填妥，会造成断路；若填入的高度太高，则会造成线路印刷质量不佳。选用高黏度专用填充浆料，确保填孔填实，形成盲孔。填充不10（总第227期

流延切片第1层生瓷带

第2层生瓷带

....第n层生瓷带

打孔打孔打孔印刷导体浆料印刷导体浆料印刷导体浆料通孔填充通孔填充通孔填充

叠片，层压热切排胶烧结测试

图1LTCC多层基板典型制造工艺流程

能过满或不够，特别是微带线、带状线之间的匹配连接孔，如出现孔洞，将会影响电路的高频性能。

（2）导体印刷工艺。制作的多层互连基板的最小线宽/线间距为100μm/150μm。与陶瓷基板相比，生瓷带上印制导体，使表面更平滑且边缘锯齿小、分辨率高，适合高频电路的特点。印刷工艺参数包括刮板速度、角度、压力和柔韧性等，若印刷参数控制不当，则线条边缘呈锯齿状，对电路性能影响较大。

（3）叠片层压工艺。将填充好和金属化后的生瓷片按顺序放入专用叠模中，通过叠片机自动对准而形成一个待热压的生瓷体。为使叠层后的生瓷体在排胶烧结时不起泡分层，对生瓷体进行热压。采用等静压工艺，在70℃和22MPa下压10～15min，这样，可使层压压力均匀分布到生瓷体上，确保基板烧结收缩率一致。

（4）排胶烧结工艺。排胶烧结关系到瓷体中气体的多少、颗粒之间的结合程度以及基板机械强度的高低。升温速率不宜过快，否则会导致烧结后基板的平整度差、收缩率减小，甚至会发生翘曲。采用烧结炉，优化排胶升温速率和保温时间与生

瓷带的尺寸、层数和金属化量的关系。2.2.2高密度组装与封装工艺技术

组装与封装技术是指在多层基板上安装电子

电路基板IC芯片

清洗

元器件和外壳的气密性封装，主要包括清洗、芯片互连、管壳密封等工艺过程。图2所示为组装与封装的典型工艺流程图。

芯片引线焊接

组

装工艺

芯片粘贴或芯片共晶

芯片倒装焊

封装工艺

测试与贮存

盖板平行封焊管壳引线焊接

基板共晶

清洗

管壳底座管壳盖板

图2组装与封装典型工艺流程

（1）清洗工艺。在微组装整个工艺流程中多次用到清洗，主要有超声清洗、化学湿台清洗、等离子清洗技术等。其中，等离子清洗技术主要用于丝带焊之前焊盘的清洗，提高键合强度。

（2）引线键合工艺。引线键合工艺是指用金丝或铝丝将芯片上的I/O焊盘和外围电路通过热、超声和压力相连，实现细金丝、粗金丝和金带的楔焊，适应金丝规格为18～100μm，金带规格为100～500μm宽、25～50μm厚。具有45°和90°两种送丝方式，可多点焊接、深腔焊、软接触功能，实现尾丝精确控制。

（3）管壳密封工艺。管壳密封工艺通过电流局部烧熔金属从而使盖板和管壳焊接成一体的工艺被称为管壳密封工艺，为电路提供了一个密封的工作环境，浅腔式金属及陶瓷管壳的气密性封焊，具有器件真空干燥、氮气保护封焊功能，封焊产品性能应符合GJB-548A要求。2.2.3制定微组装工艺设备标准规范

微组装工艺设备研发单位更多地关注设备的加工制造精度是否能满足设计要求，而对设备交付用户后是否能满足用户产品的工艺需要，能否最合理有效地发挥作用关注度不足，造成一些设备虽经生产单位验收合格，但到用户手中后不能很快地投入生产，产生的问题不能及时地解决。由于缺乏统一的微组装设备标准，微组装工艺设备的生产制造工艺技术和检验方法纷乱繁杂，往往出现同种设备几家制造，几个设计准则，技术指标范围不一、几个

检验规则的局面。设备的制造和验收过程没有共同的行为准则，工艺基准不一、工艺匹配性、工装兼容性不好，各厂家和生产的设备之间不能有效实现数据对接和共享、间接影响了产品质量，在一定程度上制约了国产微组装设备的集成能力和推广应用，影响了微组装设备工艺线的建设成效。

制定微组装生产线工艺设备标准规范，满足国内微组装设备制造商和用户同时使用要求的微组装关键工艺设备行业标准，科学地指导和规范各设备的论证、设计、制造、检验验收、包装、运输、贮存、安装、使用和维修等寿命周期全过程。有效地规范国内微组装生产线工艺设备制造过程和工艺线贯通过程，系统解决微组装领域工艺设备及组线的标准化需求，使各微组装设备的生命周期全过程有据可依，为国内微组装工艺设备研发单位和使用单位提供统一、系统性的双向指导作用。微组装关键工艺设备标准规范的制定应包括：

（1）生瓷切片机通用规范；（2）生瓷打孔机通用规范；（3）微孔填充机通用规范；（4）LTCC叠片机通用规范：（5）LTCC层压机通用规范；（6）LTCC热切机通用规范；（7）LTCC排胶烧结炉通用规范：（8）共晶焊机通用规范；（9）热声焊机通用规范；（10）倒装焊机通用规范；

总第227期）11

（11）平行缝焊机通用规范；

（12）在线式等离子清洗机通用规范。

的跨越式发展，带动整个行业的科技进步和市场竞争能力的提高。

参考文献：

[1]

顾勇等，王莎鸥，赵建明，等.高密度3-D封装技术的应用与发展趋势[J].电子元件与材料，2010，7(1)：67-70.[2][3]

金家富，胡骏.LTCC电路基板上金丝热超声楔焊正交试验分析[J].电子工艺技术.2012，2(1)：99-102.王彩萍，焦子健，杨卫，等.气动技术在生瓷带打孔机中的应用[J].电子工艺技术.2011，2(1)：115-118.

3结束语

微组装关键工艺设备技术平台研究以提高设备技术研发、工艺验证、产品信息化、智能化为目的，对微组装关键工艺设备进行工程化和先进微组装工艺技术研究，实现设备与工艺的系统集成，建立微组装工艺设备标准规范，提高微组装工艺设备技术核心能力的平稳和良性发展，满足新型电子元器件先进封装应用需求，形成微组装关键设备研发生产基地，促进我国电子专用设备行业

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作者简介：

王贵平，（1964-），男，山西榆次人，大学本科，高级工程师，主要从事电子专用设备及工艺技术的研发工作。

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术研究[D].南京：南京航空航天大学材料科学与技术

2002，14(1)：24-29.

[17]FidanI.CAPPforelectronicsmanufacturingcasestudy：

finepitchSMTlasersoldering[J].JournalofElectronicPackaging，2004，126(1)：173-176.

[18]HiroshiNishikawa，TadashiTakemoto，Effectofisother-malagingonSn-Ag-CusolderjointonelectrolessNi-P/Auplatingbylaserreflowsoldering[J].Proceedingsfromthe5thInternationalBrazingandSolderingConfer-ence，2012，April：22-25.

[19]ZhalefarP，DadooA，etal.StudyonEffectsofSolder

FluxesonCatastrophicMirrorDamagesDuringLaserDiodePackaging[J].Components，PackagingandManu-facturingTechnology，2013.Jan：46-51.

[20]M.E.Khosroshahi，M.S.Nourbakhsh，etal.Characteriza-tionofskintissuesolderingusingdiodelaserandindo-cyaninegreen：invitrostudies[J].LasersinMedicalSci-ence，March2010，25(Issue2)：207-212.

[21]M.E.Khosroshahi，M.S.Nourbakhsh，etal.Application

ofAlbuminProteinandIndocyanineGreenChromophoreforTissueSolderingbyUsinganIRDiodeLaser：ExVivoandInVivoStudies[J].PhotomedicineandLaserSurgery，December2010，28(6)：723-733.

[22]HasimO.，Tabakoglu，M.Sc，etal.TheEffectofIrradiance

Levelin980-nmDiodeLaserSkinWelding[J].Pho-tomedicineandLaserSurgery，2010August，28(4)：453-458.

[23]韩宗杰.电子组装元器件半导体激光无铅软钎焊技

学院博士论文，2009：56-78.

[24]张昕.QFP器件半导体激光无铅钎焊工艺研究[D].南

京：南京航空航天大学研究生院材料学院硕士论文，2008：35-56.

[25]姚立华.半导体激光软钎焊技术研究[D].南京：南京

航空航天大学材料科学与技术学院硕士论文，2006：50-56.

[26]盛重.QFP焊点可靠性研究及其热循环疲劳寿命预测

[D].南京：南京航空航天大学材料科学与技术学院硕士论文，2012：47-57.

[27]解启林，刘炳龙.激光技术在电子互连与封装中的应

用探讨[C].第十五次全国焊接学术会议论文集，2010，(07)：86-89.

[28]黄东林.基于振镜扫描的激光焊接技术研究[D].广州：

华南理工大学材料加工工程硕士论文，2010：28-35.[29]黄韬.半导体激光器焊点温度监控系统的设计[D].武

汉：华中科技大学硕士论文，2012：25-37.

[30]李明雨，王春青，王晓林.激光喷射钎料球键合焊点

界面组织及其可靠性分析[J].金属学报，2010(9)：1115-1120.

[31]MiyazakiT，OmataT.Electromigrationdegradationmech-anismforPb-freeflip-chipmicrosolderbumps[J].MicroelectronicsandReliability，2006，46(9-11)：1898-1903.[32]NaiSML，WeiJ，GuptaM.Influenceofceramicrein-forcementsonthewettabilityandmechanicalpropertiesofnovellead-freesoldercomposites[J].ThinSolidFilms，2006，504(1-2)：401-404.

12（总第227期

微组装关键工艺设备技术平台研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

王贵平， WANG Guiping

中国电子科技集团公司第二研究所，山西，太原，030024电子工业专用设备

Equipment for Electronic Products Manufacturing2014(1)

参考文献(3条)

1.顾勇;等;王莎鸥;赵建明 高密度3-D 封装技术的应用与发展趋势 2010(1)2.金家富;胡骏 LTCC 电路基板上金丝热超声楔焊正交试验分析 2012(1)3.王彩萍;焦子健;杨卫 气动技术在生瓷带打孔机中的应用 2011(1)

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