Процесс разработки технологии поверхностной сборки

Предпосылки возникновения технологии поверхностной сборки

За последнее десятилетие или около того быстрое развитие электронных технологий продемонстрировало три важные характеристики.

(1) Интеллектуализация: преобразуйте сигналы из аналоговых величин в цифровые и обрабатывайте их с помощью компьютеров.

(2) Мультимедиа: трансформация и развитие от обмена текстовой информацией к обмену звуковой и графической информацией, что делает электронные устройства более гуманными и более глубокими в жизни и работе людей.

(3) Сеть: используйте сетевые технологии для подключения независимых систем.Высокоскоростная и высокочастотная передача информации позволяет совместно использовать ресурсы между подразделениями, регионами, странами и даже миром.Требования этой тенденции развития и рыночный спрос на технологию сборки схем таковы:

(4) Высокая плотность: увеличивается количество информации, обрабатываемой электронными продуктами на единицу объема.

(5) Скорость: увеличивается объем информации, обрабатываемой в единицу времени.

(6) Стандартизация. Диверсифицированный спрос пользователей на электронную продукцию превратил массовое производство небольшого количества разновидностей в производственную систему, состоящую из нескольких разновидностей и небольших партий, что неизбежно приведет к более высоким требованиям стандартизации для компонентов и методов сборки.Эти требования вызывают революцию в процессе установки электронных компонентов на печатные платы со сквозными отверстиями, и технология сборки электронных изделий неизбежно будет всесторонне переходить на SMT.

2. Краткая история развития технологии поверхностной сборки

Краткая история развития технологии поверхностной сборки Технология поверхностной сборки развилась из технологии изготовления компонентных схем. С 1970-х годов по настоящее время развитие SMT прошло три этапа:

Первый этап (1970-1975): Основная техническая цель – применение миниатюрных микросхемных компонентов в гибридных схемах (в нашей стране называемых толстопленочными схемами). С этой точки зрения SMT внесла значительный вклад в производственный процесс и развитие технологий интегральных схем. схемы;в то же время SMT начал широко использоваться в гражданских кварцевых электронных часах, электронных калькуляторах и других продуктах.

Второй этап (1976-1985): электронные изделия быстро миниатюризировались и стали многофункциональными и стали широко использоваться в фотоаппаратах, радиоприемниках для наушников, электронных камерах и других продуктах;в то же время было разработано большое количество автоматизированного оборудования для поверхностной сборки, также были усовершенствованы процесс сборки и вспомогательные материалы компонентов микросхем, что заложило основу для быстрого развития SMT.

Третий этап (с 1986 г. по настоящее время): основная цель — снижение затрат и дальнейшее улучшение соотношения цены и качества электронных продуктов.С развитием технологии SMT и повышением надежности процессов быстро развиваются электронные продукты, используемые в военной и инвестиционной сферах (автомобили, компьютеры, промышленное оборудование).В то же время появилось большое количество автоматизированного оборудования для поверхностной сборки и технологических процессов, позволяющих производить компоненты микросхем. Быстрый рост использования печатных плат ускорил снижение общей стоимости электронных продуктов.Одной из важных основ технологии поверхностной сборки являются компоненты поверхностной сборки.Его потребности в разработке и степень развития также в основном ограничиваются уровнем развития компонентов поверхностной сборки SMC/SMD.По этой причине история развития SMT и история развития SMC/SMD в основном синхронизированы.

В 1960-х годах европейская компания Philips разработала микроустройства в форме кнопок для поверхностного монтажа для использования в часовой промышленности.Это устройство превратилось в нынешнюю интегральную схему поверхностного монтажа (SOIC). Его выводы расположены по обеим сторонам устройства в форме крыла чайки.Межцентровое расстояние выводов составляет 1,27 мм, а количество выводов может достигать 28 и более контактов.

В начале 1970-х годов Япония начала использовать интегральные схемы Quad Flat Package (QFP) для производства калькуляторов.Выводы QFP распределены по четырем сторонам устройства в форме крыла чайки.Минимальное межосевое расстояние выводов составляет всего 0,65 мм или меньше, а количество выводов может достигать сотен контактов.В устройстве с пластиковым корпусом для вывода микросхемы (PLCC), разработанном в США, выводы распределены по четырем сторонам устройства.Расстояние между центрами выводов обычно составляет 1,27 мм, а выводы имеют J-образную форму.PLCC занимает небольшую монтажную площадь, и его выводы нелегко деформировать.В 1970-х годах было разработано полностью герметичное устройство безвыводного керамического держателя чипа (LCCC), в котором выводы заменены металлизированными контактными площадками, распределенными по четырем сторонам устройства.В начале этого этапа уровень SMT отмечали SMC/SMD с межосевым расстоянием отведений 1,27 мм.В 1980-е годы постепенно перешли к этапу, когда можно было собирать SMC/SMD с мелким шагом выводов 0,65 мм и 0,3 мм. После наступления 1990-х годов технология сборки и сборочное оборудование для SMC/SMD с мелким шагом выводов 0,3 мм стали зрелыми. .В начале 1990-х годов CSP выделялась тем, что площадь ее чипа и площадь корпуса были почти равны, ее можно было обрабатывать и тестировать так же, как обычные корпусные ИС, проводить проверку на старение и иметь низкие производственные затраты.

В 1994 году различные японские компании-производители предлагали различные решения CSP, а с 1996 года появилась мелкосерийная продукция.Чтобы адаптироваться к растущему спросу на количество входов/выходов одного и того же SMD из-за увеличения интеграции ИС, то есть количества выводов, с 1990-х годов также формируется решетчатый тип SMD путем регулярного распределения выводы по всей монтажной поверхности SMD.Он начал развиваться в 1990-х годах и вскоре стал популярным и прикладным.Типичным продуктом компании является устройство с шариковой решеткой (BGA).На этом этапе SMT совместим с развитием SMC/SMD.Разрабатывая и совершенствуя технологию сборки со сверхмалым шагом с расстоянием между выводами 0,3 мм и менее, компания также разрабатывает и совершенствует технологию сборки новых устройств, таких как BGA и CSP.Видно, что постоянная усадка и изменение компонентов поверхностного монтажа способствовали постоянному развитию технологии сборки.Технология сборки увеличивает плотность сборки, но одновременно выдвигает новые технические требования и требования к однородности компонентов.Можно сказать, что они взаимозависимы, способствуют друг другу и развиваются. MCM — это передовая гибридная интегральная схема, которая быстро развивается с 1990-х годов.Он собирает несколько микросхем на печатной плате, образуя функциональный блок, называемый многочиповым модулем (MCM)..Поскольку технология MCM заключается в установке нескольких голых чипов непосредственно на одну и ту же подложку и упаковке их в один и тот же корпус без упаковки, по сравнению с обычным SMT ее площадь уменьшается в 3–6 раз, а вес снижается более чем в 3 раза. Можно сказать, что технология MCM является продолжением SMT.Функции набора МКМ эквивалентны функциям подсистемы.Обычно подложка MCM имеет более 4 слоев проводки и более 100 контактов ввода-вывода и подключает к ним устройства CS, FC и ASIC.Он представляет собой суть технологии электронной сборки 1990-х годов и представляет собой кристаллизацию технологии полупроводниковых интегральных схем, технологии гибридной толстопленочной/тонкопленочной микроэлектроники и технологии печатных плат.Технология MCM в основном используется в сверхвысокоскоростных компьютерах и технологиях космической электроники.Чтобы адаптироваться к требованиям более высокой плотности, многоуровневого соединения и трехмерной сборки, SMT в настоящее время находится на новом этапе, известном во всем мире как MPT (технология микроэлектронной упаковки, технология микросборки). MPT с MCM и 3D как его ядро ​​использует процессы микросварки и упаковки для сборки микрокомпонентов (в основном высокоинтегрированных микросхем) посредством сборки высокой плотности, трехмерной сборки и других методов сборки на многослойных взаимосвязанных печатных платах высокой плотности.Сборка с целью формирования высокой плотности, быстродействия и высокой надежности основной конструкции микроэлектронных изделий (компонентов, деталей, подсистем или систем).Эта технология является важной частью современной микроэлектроники, особенно в передовых высокотехнологичных областях.Он имеет очень важные перспективы применения в аэрокосмической, авиации, радиолокации, навигации, системах электронных помех, системах защиты от помех и т. д. Будучи четвертым поколением технологии электронной сборки, SMT сыграл чрезвычайно важную роль в разработке современных электронных продуктов. особенно в миниатюризации, легкости, высокой производительности и высокой надежности современного электронного оборудования и военного электронного оборудования..

3. Тенденции развития технологии поверхностной сборки

С момента своего появления в 1960-х годах технология SMT после более чем 40 лет развития вступила в полностью зрелую стадию.Он не только стал основным направлением современной технологии сборки схем, но и продолжает углубленно развиваться.Общая тенденция развития технологии поверхностной сборки такова: компоненты становятся все меньше и меньше, плотность сборки становится все выше и выше, а сборка становится все сложнее.В настоящее время SMT добивается нового технологического прогресса в следующих четырех аспектах:

(1) Размер компонентов еще больше миниатюризируется.Среди микроэлектронной продукции массового производства компоненты серии 0201 (габаритный размер 0,6 мм) × 0,3 мм), QFP с узким шагом выводов 0,3 мм или большие интегральные схемы в новых корпусах, таких как BGA, CSP и FC, производятся в больших количествах.использовать.В связи с дальнейшей миниатюризацией объемов компонентов к технологическому уровню поверхностной сборки и системе позиционирования SMT-оборудования выдвигаются более высокие требования к точности и стабильности.

(2) Дальнейшее повышение надежности продукции SMT.В условиях широкого использования микро-SMT-компонентов и применения технологии бессвинцовой пайки, в условиях экстремальных рабочих температур и суровых условий окружающей среды напряжение, вызванное несоответствием коэффициентов линейного расширения материалов компонентов, устраняется, чтобы избежать этого напряжения, вызывающего цепь. повреждать.Растрескивание платы или внутреннее отсоединение, а также повреждение сварных швов компонентов стали проблемами, которые необходимо учитывать.

(3) Разработка нового производственного оборудования.В процессе массового производства электронных продуктов SMT незаменимы принтеры для паяльной пасты, машины для нанесения и оборудование для пайки оплавлением.В последние годы различное производственное оборудование развивается в направлении высокой плотности, высокой скорости, высокой точности и многофункциональности, а также продвигаются и применяются передовые технологии, такие как лазерное позиционирование с высоким разрешением, системы оптического визуального распознавания и интеллектуальный контроль качества.

(4) Технология поверхностной сборки гибкой печатной платы.С широким применением гибких печатных плат при сборке электронных изделий сборка SMC-компонентов на гибких печатных платах вытеснена промышленностью.Трудность заключается в том, как добиться точного позиционирования, необходимого для жесткой фиксации гибких печатных плат.