微组装技术
微组装技术
micro packaging technology
利用热传导、对流换热和辐射换热把热源的热量迅 速散发至周围环境。常用的冷却方法有:自然冷却 (包括传导冷却、自然对流冷却和辐射换热)、强迫空 气冷却、液体冷却、蒸发冷却、热电致冷(半导体致 冷)、热管传热等。冷却方法的选择主要取决于元器 件或设备的发热功率密度及其允许的温升。采用散 热性能好的基板材料和介质材料，改进元器件内部 各电极的焊接质量，均可减小其内部热阻。 weizuzhuang Jishu 微组装技术(micro packaging technol.理，) 以微电子技术、高密度组装技术和微焊接技术为基 础的一种综合性组装工艺技术，即在多层布线基板 上，按照电原理图，将微电子器件及微型元件组装成 电子硬件的一种工艺技术。它涉及固态技术、薄膜 技术、厚膜技术、微电路技术、互连与微焊接技术、热 ·798· 微 控制技术、高密度组装技术、测试技术、可靠性技术 和计算机辅助工程等领域，是一门电路、结构、工艺、 材料、元器件等紧密结合的综合性技术。 电子组装技术经历了下列几个阶段:①40年 代是以电子管为有源器件的手工焊接阶段。②40 年代晶体管和印制电路相继问世，并在50年代至 60年代得到广泛应用后，形成了以晶体管和印制电 路板为主的手工焊接阶段。这阶段电子设备的组装 和结构产生了很大的变化，提高了组装密度，缩小了 设备的体积。③60年代，在集成电路技术与多层印 制板的发展的基础上，形成了以集成电路、自动插装 和波峰焊为主的组装阶段。④70年代末，由于超大 规模集成电路和无引线或短引线片状电子元器件的 发展，电子组装进人了表面安装阶段。⑤80年代中 期，在发展衰面安装技术的同时，微焊接技术、高密 度多层基板技术的发展，形成了以多芯片模块 (MCM)为特征的第五代微电子组装阶段。其特点 是组装密度更高，互连线更短，因此，信号延迟时间 短，信息传输速度快。随着组装工艺及材料科学的 不断发展，微组装又向三维立体组装发展。目前三 维组装主要有两种形式:一种是在氧化铝基板上先 形成薄膜电路，然后敷上一层聚酞亚胺薄膜，再在此 薄膜上镀镍或铜，以形成带状薄膜电缆所需的布线 图形，而后用再流焊将倒装片集成电路、片式电容器 和片式电阻器等焊在此薄膜电缆上。另一种形式是 将电容和电阻等埋在多层陶瓷基板的内部，利用同 时烧成技术，使薄膜电缆、电子元件埋藏在基板的层 间。三维组装芯片间的互连线更短，因此，减小了芯 片间的阻容负载和信号延迟时间，也减小了寄生效 应。 微组装与常规电子组装的主要区别在于所用的 组装结构和互连技术不同。常规的电子组装是以一 般电子元器件及普通印制电路板为基础的组装技 术，微组装则是以集成电路和高密度多层基板以及 微焊接为基础的综合性组装技术。微组装能减小电 子元件和芯片的安装面积及互连线的长度，并能扩 大基板尺寸和布线层数，以容纳更多的集成电路芯 片和元器件，从而提高其组装密度，完成更多更复杂 的电路功能。 高密度多层布线技术是微组装中缩小组装器件 (或设备)的体积，减小布线总长度，缩短信号延迟时 间，提高信息传输速度的一项关键技术。一般采用 薄膜和厚膜技术布线，要求布线结构微细，布线长度 尽可能地短，还要求线间的介电常数小。通常有下 列4种布线技术。 (1)多层陶瓷布线在低温烧结玻璃陶瓷多层 布线基板上，用光刻技术形成金或银一把薄膜布线。 在底层基板上，用生带技术形成电源层和接地层布 线，而上层基板上则是信号层布线，在各层陶瓷表面 上溅射钦、把两层膜，经光刻、显影形成布线图形。 (2)多层薄膜聚酞亚胺布线在陶瓷或硅基板 上电镀或溅射Cr/Cu/Cr电源层，敷上聚酞亚胺薄 膜，在其上再涂光致抗蚀剂，并制作通孔图形，以抗 蚀剂为保护膜，
腐蚀聚酞亚胺，形成互连通孔。除去 抗蚀剂后，在表面溅射几脚厚的Cr/Cu/Cr层，用 光刻法形成第一层信号布线层，再涂敷介质聚酞亚 胺层，形成互连通孔，然后按上述方法形成第2信号 布线层和接层等等。这种布线技术已达63层。 (3)厚膜布线用微型笔或浆料喷射法，直接 在厚膜导体层上按设计要求形成微细布线图形，布 线材料一般用铜。 (4)混合布线是一种厚、薄膜结合的布线技 术，用标准厚膜工艺形成电源层和接地层布线，用光 刻光形成互连通孔，再在上面用薄膜工艺形成信号 层布线。这种布线技术的组装密度高于上述几种布 线技术，陶瓷基板尺寸可减小几倍，适用于高频多芯 片模块的组装，能降低信号衰减和串扰，成本也比较 低。目前国际上正在研究利用超导技术进行布线， 超导布线可将40一60层布线减小到只有4层布线 (电源层、接地层、x层和y层)结构。 改进芯片及元器件的互连和安装方法是缩小体 积、提高组装密度和可靠性的一项重要途径。目前 在微组装中常用的微焊接方法有丝焊、激光微焊、芯 片基板焊、倒装焊和载带自动焊等。丝焊和倒装焊 属直接安装法，安装面积小，但芯片不能老化筛选和 预测，影响混合电路或微电子组装组件的合格率和 可靠性。芯片基板焊是一种将集成电路或芯片直接 安装与互连到印制电路板上的焊接技术。载带自动 焊是焊接集成电路内、外引线的一种自动群焊法，它 先把载带(镀锡或镀金的铜箔、粘接剂塑料膜制成的 具有引线框的柔性印制电路板)用热脉冲焊或超声 热压焊焊到芯片焊区的镀金凸台上(称内引线焊 接)，冲剪下此载带，并迅速将其焊到基板的焊盘上 (称外引线焊接)，整个焊接过程自动完成。 由于微组装的组装密度很高，其体积功率密度 (或面积功率密度)也很高，采取适当的热控制技术 亦是微组装的一项重要内容。热控制的目的是为了 尽量减小电子组件或设备的内部热阻和外部热阻，