现代电子装联高密度安装及微焊接技术

作者简介

现代电子制造技术的发展日新月异，电子产品生产更快、体积更小、价格更廉价的要求推动了电子制造技术的革命。微电子技术的高速发展和进步给人类社会带了更多的好处和福音，但也给现代电子制造技术带来了更多的问题和挑战。不断缩小的封装很快使周边引线方式走到了尽头；不断细微化的微小间距面阵列封装成了从事电子安装者们的梦魔。本书从目前的微小型元器件（0201、01005、EMI、EDS）、细间距芯片及其封装（如FBGA、LGA、CSP、FCOB、QFN）等的高密度安装特性、焊接技术的要求和遇到的瓶颈问题出发，全面地分析了现代电子设备高密度安装和微焊接技术的发展特点和技术内容；通过寻找遇到的瓶颈问题的可能的解决办法，探索了电子制造技术未来的发展趋势。这些都是现在和未来从事电子制造技术研究的工艺工程师、质量工程师、生产管理工程师们所应了解和掌握的。

书籍目录

目    录

第1章  高密度安装技术概论
1

1.1  现代电子设备的电气安装
2

1.1.1  电子设备概述
2

1.1.2  电子设备的电气安装
3

1.2  电子设备的高密度安装技术
5

1.2.1  何谓高密度安装技术
5

1.2.2  现代电子设备的安装密度
7

1.2.3  现代电子设备高密度安装技术是一项系统工程技术
10

思考题
12

第2章  高密度安装中的元器件
15

2.1  电子设备用电子元器件
16

2.1.1  电子设备用电子元器件的基本概念
16

2.1.2  元器件的小型轻量化对现代电子设备高密度安装的意义
17

2.2  现代微电子设备用电子元件
19

2.2.1  现代微电子设备用分立元件
19

2.2.2  现代微电子设备用元件的小型化和轻量化的发展历程
22

2.3  现代微电子设备用电子器件
25

2.3.1  现代微电子设备中的电子器件及其对安装环境的适应性
25

2.3.2  高密度安装半导体封装技术
26

2.3.3  高密度安装的半导体器件小型化和轻量化的发展
27

2.4  集成电路（IC）
30

2.4.1  集成电路及其特点
30

2.4.2  集成电路的常用分类方法
30

2.4.3  IC封装及其作用
31

2.5  如何区别集成电路的封装类型
32

2.5.1  周边配列封装
32

2.5.2  表面阵列封装（BGA和CSP等）
35

2.5.3  QFP、BGA、CSP等IC的主要电气特性比较
43

思考题
43

第3章  高密度安装中的IC多芯片组件
45

3.1  SoC、SiP及HIC
46

3.1.1  引言
46

3.1.2  SoC和SiP
46

3.1.3  HIC（混合IC）
49

3.2  MCM多芯片组件
50

3.2.1  MCM概述
50

3.2.2  MCM的分类及特性比较
52

3.2.3  HIC、MCM、SiP的相互关系
53

3.3  模块、裸芯片和KGD
55

3.3.1  模块（组件）
55

3.3.2  裸芯片和KGD
55

3.3.3  光模块
57

3.3.4  微波IC和微波模块
60

3.4  3D安装
62

3.4.1  3D安装技术的发展
62

3.4.2  3D安装工艺
62

思考题
64

第4章  高密度组装中的印制电路板
67

4.1  概述
68

4.1.1  印制线路、印制电路和印制板
68

4.1.2  制造印制电路板的基本工艺方法及其特点
69

4.1.3  印制板的分类
70

4.2  高密度组装用多层印制电路板
70

4.2.1  多层印制板（MLB）
70

4.2.2  MLB互连基板的特点
72

4.2.3  影响高密度安装MLB机械性能、电性能、热性能的因素
73

4.2.4  高密度安装MLB基板布线的基本原则
75

4.3  积层／高密度互连（HDI）印制板
76

4.3.1  积层多层印制电路板（BLB）的高速发展
76

4.3.2  积压多层印制板（BLB）的芯板
77

4.3.3  积层用芯板的主要制造工艺
78

4.3.4  目前采用非电镀方法制造（BLB）主要的工艺方法
79

4.3.5  积层／高密度互连（HDI）印制板
82

4.4  金属芯印制板及挠性印制板
85

4.4.1  金属芯印制板的作用及常用的材料
85

4.4.2  挠性印制板概述
87

4.5  埋入元器件的印制板
89

4.5.1  埋入式印制板概述
89

4.5.2  同时埋置有源及无源元器件的系统集成封装基板
91

4.6  高密度安装无铅印制板及表面可焊性涂覆层的选择
92

4.6.1  无铅焊接对层压板的要求
92

4.6.2  高密度安装高频印制板的可焊性涂层的特性分析
93

思考题
94

第5章  微细元器件在PCBA上的安装
97

5.1  微细元器件概述
98

5.1.1  微细元器件及其发展驱动力
98

5.1.2  微细元器件在电子设备中的应用及其对相关工艺装备的要求
98

5.1.3  微细元器件在高密度安装中的主要缺陷及其成因
99

5.2  0201在PCBA基板上的安装
100

5.2.1  0201片式元件在电子设备中的应用及其对安装工艺的挑战
100

5.2.2  使用0201元件的PCB的安装设计
101

5.2.3  0201在PCBA基板上安装的工艺窗口要求
102

5.2.4  归纳与总结
105

5.3  01005在PCBA基板上的安装
106

5.3.1  超级微细元件01005的发展、应用及安装工艺面临的挑战
106

5.3.2  01005在PCB上安装焊盘图形设计的优化
107

5.3.3  01005在PCB上安装的工艺窗口要求
108

5.3.4  归纳与总结
109

5.4  EMI/ESD器件的安装问题
110

5.4.1  EMI/ESD类器件的基本特性
110

5.4.2  EMI/ESD类器件供应商推荐的无铅再流焊接参数
111

5.4.3  EMI/ESD类器件在安装中常见的焊接缺陷
112

5.4.4  安装中焊接缺陷的形成机理及改进的措施
112

思考题
114

第6章  细间距球阵列封装芯片（FBGA、CSP、LGA、FCOB）在PCBA

基板上的2D安装
117

6.1  细间距球阵列封装芯片
118

6.1.1  细间距球阵列封装（FBGA）芯片
118

6.1.2  芯片尺寸封装（CSP）
119

6.2  细间距球阵列封装芯片安装技术概述
121

6.2.1  细间距球阵列封装芯片安装技术的发展
121

6.2.2  安装阶层（安装层次）的定义
126

6.2.3  表面安装技术已成为现代电子产品高密度安装的主流工艺
127

6.2.4  高密度安装技术的标准化及安装注意事项
128

6.3  细间距球阵列封装芯片在PCBA上的安装
130

6.3.1  焊膏及其应用
130

6.3.2  钢网厚度和孔径设计
131

6.3.3  贴装工艺与控制
133

6.3.4  再流焊接
133

6.3.5  清洗与免清洗
136

6.3.6  安装间隔高度
137

6.3.7  SMT后工序
137

6.4  无引脚框架的超薄外形芯片（LGA/QFN）在PCBA上的安装
138

6.4.1  阵列焊盘封装（LGA）
138

6.4.2  无引脚周边扁平封装（QFN）
142

6.4.3  芯片直接贴装（DCA）
143

思考题
143

第7章  细间距芯片在PCBA上的3D（堆叠）安装
145

7.1  3D安装概述
146

7.1.1  3D安装的定义与发展
146

7.1.2  3D 安装技术的分类及其在电子装备表面安装中的应用
148

7.2  SMT的新拓展——从二维走向三维
151

7.2.1  3D安装技术在SMT中的拓展
151

7.2.2  3D堆叠安装所面临的挑战
153

7.3  3D堆叠（PoP）安装技术
155

7.3.1  概述
155

7.3.2  堆叠工艺
157

7.3.3  PoP的安装形态
158

7.3.4  助焊剂膏和焊膏的应用
159

7.3.5  PoP芯片堆叠安装SMT工序解析
160

思考题
164

第8章  电子整机系统安装中的高密度安装技术
167

8.1  电子整机系统概述
168

8.1.1  系统及系统的特征
168

8.1.2  电子整机系统的结构组成
169

8.2  刚性印制背板的制造
172

8.2.1  背板的作用、要求及分类
172

8.2.2  光印制板的原理和构造
173

8.3  刚性背板的安装
175

8.3.1  普通高速高密印制背板安装中所采用的接合、接续技术
175

8.3.2  光印制板的安装
180

8.4  微电子设备整机系统的安装
182

8.4.1  微电子设备整机系统安装的内容和特点
182

8.4.2  微电子设备安装电路的发展历程
183

8.4.3  安装工艺设计的要求
184

8.4.4  用导线进行机箱（柜）内的电气安装
185

8.4.5  印制板插座架的装配
187

8.4.6  门、设备和机架的装配
187

8.5  微波组件和光模块的安装
188

8.5.1  微波组件的安装
188

8.5.2  光?电复合基板的3D安装
190

思考题
191

第9章  微电子设备高密度安装中的电磁兼容及散热问题
193

9.1  概述
194

9.1.1  现代微电子设备高密度安装中所面临的挑战
194

9.1.2  解决电子设备高密度安装中的电磁兼容和热问题是项系统工程
194

9.1.3  安装工艺过程控制要求越来越精细
194

9.2  微电子设备高密度安装中的电磁兼容性
195

9.2.1  电磁兼容性及在电气安装中的要求
195

9.2.2  微电子设备安装工艺的抗干扰性及其影响因素
195

9.2.3  在高密度电气安装中对电磁兼容性的基本考虑
196

9.2.4  在高密度电气安装中电气互连线的电长度
197

9.2.5  电气安装互连线的寄生耦合
198

9.2.6  用导线进行电气安装的电磁兼容性
199

9.2.7  EMS、EMI和EMC
201

9.3  微电子设备高密度安装中的热工问题
201

9.3.1  概述
201

9.3.2  微电子设备中的热产生源
203

9.3.3  热管理——热量的散失方法
206

9.3.4  热界面材料
208

9.3.5  BGA散热片的黏附方法
209

9.3.6  微电子设备中冷却手段的选择
211

9.3.7  特殊的冷却方式
214

思考题
217

第10章  电子装联高密度安装中的微焊接技术
219

10.1  高密度安装中的微焊接技术
220

10.1.1  高密度安装中的微焊点与微焊接
220

10.1.2  微焊接技术的工艺特征
222

10.2  高密度安装中的微焊接工艺可靠性设计
223

10.2.1  设计依据
223

10.2.2  微焊接工艺可靠性设计的基本概念和内容
223

10.2.3  微焊接工艺可靠性设计的定义和内容
224

10.2.4  微焊接安装工程要求
226

10.3  微焊接技术对传统SMT工艺的挑战
226

10.3.1  焊膏钎料粉粒度的选择和钢网开孔
226

10.3.2  焊膏印刷工艺中从未有过的基本物理问题
228

10.3.3  微细元件及细间距器件对贴装的挑战
230

10.3.4  微细元件及细间距器件对再流焊接的挑战
231

10.4  微焊接对再流炉加热方式和加热机构的要求
236

10.4.1  微焊接用再流焊接炉的基本热量传递方式及效果评估
236

10.4.2  适合微细元件及细间距器件微焊接用的“远红外线+热风”炉
240

10.5  细间距器件在微焊接过程中应关注的问题
242

10.5.1  细间距封装器件在再流焊接过程中焊点的受热问题
242

10.5.2  高密度安装中的共面性
244

10.5.3  建议要关注的工艺问题
247

思考题
249

第11章  微焊接技术中常见的焊点缺陷及其分析
251

11.1  细间距封装器件的安装工艺控制标准
252

11.1.1  细间距封装器件的高密度安装工艺控制
252

11.1.2  微焊接焊点缺陷的特征和分类
253

11.2  微焊接中极易发生的焊点缺陷
255

11.2.1  焊点焊料量不足（少锡）
255

11.2.2  焊点桥连
255

11.2.3  冷焊
256

11.2.4  虚焊
257

11.2.5  偏位
257

11.2.6  元件滑动
258

11.2.7  立碑现象
259

11.2.8  芯吸现象
259

11.2.9  开路
260

11.2.10  不充分／不均衡加热
260

11.2.11  元器件缺陷
261

11.3  微焊点中的空洞
263

11.3.1  概述
263

11.3.2  空洞的产生
264

11.3.3  空洞的分类及影响
264

11.3.4  焊球中空洞的工艺控制标准要求
266

11.4  球窝（PoP）
267

11.4.1  球窝的分类和形位特征
267

11.4.2  PoP再流焊接中球窝缺陷的图像特征
269

11.4.3  PoP再流焊接球窝缺陷形成机理
275

11.4.4  PoP再流焊接球窝缺陷的抑制措施
276

思考题
277

第12章  高密度安装中的微焊接焊点检测技术
279

12.1  微焊点检测技术概述
280

12.1.1  微焊接中的主要缺陷及其特征
280

12.1.2  在微焊接中常用焊点检测方法及其适合性
280

12.2  高密度安装中的X-Ray检测技术
281

12.2.1  X-Ray检测技术的功能和检测原理
281

12.2.2  X-Ray图像捕获
282

12.2.3  实时X-Ray设备的选用
282

12.2.4  断层X-Ray检测技术
285

12.2.5  观察视野
286

12.3  高密度安装中的其他检测技术
287

12.3.1  声频显微扫描检测技术
287

12.3.2  红外热敏成像
289

12.3.3  扫描电镜（SEM）与能谱分析（EDX）
290

12.3.4  BGA间隔测量
292

12.3.5  光学检测
292

12.3.6  破坏性分析
293

12.4  产品生产性验收试验
294

12.4.1  电气测试（ICT和FT）
294

12.4.2  测试覆盖率
295

12.4.3  老化和加速测试
295

思考题
297

第13章  现代电子装联高密度安装技术发展的瓶颈及未来可能的解决途径
299

13.1  现代电子制造高密度安装技术现状
300

13.1.1  高密度安装技术的发展历程
300

13.1.2  先进的元器件加速了高密度安装技术的发展
300

13.1.3  先进板级电路安装工艺技术的发展
301

13.2  现代电子装联高密度安装技术正面临的瓶颈
302

13.2.1  摩尔定律所揭示的发展规律
302

13.2.2  焊膏印刷所面临的挑战
304

13.2.3  贴片和贴片机面临的挑战
305

13.2.4  再流焊接和焊接设备所面临的挑战
306

13.2.5  电子整机与封装走向一体化
306

13.3  电子装联技术未来走向
307

13.3.1  背景
307

13.3.2  下一代微型元器件安装技术——电场贴装
307

13.3.3  电子装联技术未来的走向——自组装技术
308

思考题
309

缩略语
311

跋
317

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