電子制造技術

——電子封裝課程簡介

隨著機械和電子學科結合得越來越緊密，使得對電子制造技術的認識變得日益重要。本課程主要針對材料、電子、機械等專業的本科生，內容包括：

微電子制造和微系統封裝的現狀和發展趨勢；

半導體工藝介紹；

微電子封裝的主要形式、工藝及主要性能指標；

電子組裝技術；

微電子和微系統封裝的可靠性分析、測試方法；

通過該課程的學習，學生對微電子制造的過程有所了解，對各自學科專業如何和電子制造相結合有所認識。

教材：“電子制造技術基礎”，吳懿平主編，機械工業出版社，2005出版“FundamentalsofMicrosystemsPackaging”,RaoR.Tunmmala,McGRAE-HILL,2001.（中文翻譯版已由東南大學出版社出版）參考資料：“TheElectronicPackagingHandbook”,Ed.Blackwell,CRCPressLLC,2000.“電子封裝工程”，田民波編著，清華大學出版社，2003.“現代微電子封裝技術”。

幾點建議：1、本課程涉及大量的新名詞，很多是英文縮寫。

注意這些名詞與概念的對應！2、本課程目的是初步了解電子產品制造的全過程。其中涉及機械、電子、材料、信息、化學、物理化學等多個學科領域。

注意學習材料與微電子在這一過程中的結合！

3、目前電子制造技術本身發展很快，其他書籍或網絡上能獲取大量相關信息。

課后的大量閱讀！SMT：SurfaceMountTechnology-表面貼裝技術

IC：IntegratedCircuit-集成電路塊

1、基本IC類型

(1)、SOP(SmalloutlinePackage):零件兩面有腳，腳向外張開（一般稱為鷗翼型引腳）.

(2)、SOJ(SmalloutlineJ-leadPackage):零件兩面有腳，腳向零件底部彎曲（J型引腳）。

(3)、QFP(QuadFlatPackage):零件四邊有腳，零件腳向外張開。

(4)、PLCC(PlasticLeadlessChipCarrier):零件四邊有腳，零件腳向零件底部彎曲。

(5)、BGA(BallGridArray):零件表面無腳，其腳成球狀矩陣排列于零件底部。

(6)、CSP（CHIPSCALPACKAGE）：零件尺寸包裝。

SMT英文縮寫詞匯解析

AI:Auto-Insertion自動插件

AQL:acceptablequalitylevel允收水準

ATE:automatictestequipment自動測試

ATM:atmosphere氣壓

BGA:ballgridarray球形矩陣

CCD:chargecoupleddevice監視連接組件(攝影機)

CLCC:Ceramicleadlesschipcarrier陶瓷引腳載具

COB:chip-on-board芯片直接貼附在電路板上

cps:centipoises(黏度單位)百分之一

CSB:chipscaleballgridarray芯片尺寸BGA

CSP:chipscalepackage芯片尺寸構裝

CTE:coefficientofthermalexpansion熱膨脹系數

DIP:dualin-linepackage雙內線包裝(泛指手插組件)

FPT:finepitchtechnology微間距技術

FR-4:flame-retardantsubstrate玻璃纖維膠片(用來制作PCB材質)

IC:integratecircuit集成電路

IR:infra-red紅外線

Kpa:kilopascals(壓力單位)

LCC:leadlesschipcarrier引腳式芯片承載器

MCM:multi-chipmodule多層芯片模塊

MELF:metalelectrodeface二極管

MQFP:metalizedQFP金屬四方扁平封裝

NEPCON:NationalElectronicPackageand

ProductionConference國際電子包裝及生產會議

PBGA:plasticballgridarray塑料球形矩陣

PCB:printedcircuitboard印刷電路板

PFC:polymerflipchip

PLCC:plasticleadlesschipcarrier塑料式有引腳芯片承載器

Polyurethane聚亞胺酯(刮刀材質)

ppm:partspermillion指每百萬PAD(點)有多少個不良PAD(點)

psi:pounds/inch2磅/英吋2

PWB:printedwiringboard電路板

QFP:quadflatpackage四邊平坦封裝

SIP:singlein-linepackage

SIR:surfaceinsulationresistance絕緣阻抗

SMC:SurfaceMountComponent表面黏著組件

SMD:SurfaceMountDevice表面黏著組件

SMEMA:SurfaceMountEquipment

ManufacturersAssociation表面黏著設備制造協會

SMT:surfacemounttechnology表面黏著技術

SOIC:smalloutlineintegratedcircuit

SOJ:smallout-linej-leadedpackage

SOP:smallout-linepackage小外型封裝

SOT:smalloutlinetransistor晶體管

SPC:statisticalprocesscontrol統計過程控制

SSOP:shrinksmalloutlinepackage收縮型小外形封裝

TAB:tapeautomaticedbonding帶狀自動結合

TCE:thermalcoefficientofexpansion膨脹(因熱)系數

Tg:glasstransitiontemperature玻璃轉換溫度

THD:Throughholedevice須穿過洞之組件(貫穿孔)

TQFP:tapequadflatpackage帶狀四方平坦封裝

UV:ultraviolet紫外線

uBGA:microBGA微小球型矩陣

cBGA:ceramicBGA陶瓷球型矩陣

PTH:PlatedThruHole導通孔

IAInformationAppliance信息家電產品

MESH網目

OXIDE氧化物

FLUX助焊劑

LGA(LandGridArry)封裝技術

LGA封裝不需植球，適合輕薄短小產品

應用。

TCP(TapeCarrierPackage)

ACFAnisotropicConductiveFilm異方性導電膠膜制程

Soldermask防焊漆

SolderingIron烙鐵

Solderballs錫球

SolderSplash錫渣

SolderSkips漏焊

Throughhole貫穿孔

Touchup補焊

Briding穚接(短路)

SolderWires焊錫線

SolderBars錫棒

GreenStrength未固化強度(紅膠)

TransterPressure轉印壓力(印刷)

ScreenPrinting刮刀式印刷

SolderPowder錫顆粒

Wettengability潤濕能力

Viscosity黏度

Solderability焊錫性

Applicability使用性

Flipchip覆晶

DepanelingMachine組裝電路板切割機

SolderRecoverySystem錫料回收再使用系統

WireWelder主機板補線機

X-RayMulti-layerInspectionSystemX-Ray孔偏檢查機

BGAOpen/ShortX-RayInspectionMachineBGAX-Ray檢測機

PrepregCopperFoilSheeterP.P.銅箔裁切機

FlexCircuitConnections軟性排線焊接機

LCDReworkStation液晶顯示器修護機

BatteryElectroWelder電池電極焊接機

PCMCIACardWelderPCMCIA卡連接器焊接

LaserDiode半導體雷射

IonLasers離子雷射

Nd:YAGLaser石榴石雷射

DPSSLasers半導體激發固態雷射

UltrafastLaserSystem超快雷射系統

MLCCEquipment積層組件生產設備

GreenTapeCaster,Coater薄帶成型機

ISOStaticLaminator積層組件均壓機

GreenTapeCutter組件切割機

ChipTerminator積層組件端銀機

MLCCTester積層電容測試機

ComponentsVisionInspectionSystem芯片組件外觀檢查機

HighVoltageBurn-InLifeTester高壓恒溫恒濕壽命測試機

CapacitorLifeTestwithLeakageCurrent電容漏電流壽命測試機

TapingMachine芯片打帶包裝機

SurfaceMountingEquipment組件表面黏著設備

SilverElectrodeCoatingMachine電阻銀電極沾附機

TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示器)筆記型用

STN-LCD(中小尺寸超扭轉向液晶顯示器行動電話用

PDA(個人數字助理器)

CMP(化學機械研磨)制程

Slurry研磨液

CompactFlashMemoryCard(簡稱CF記憶卡)MP3、PDA、數字相機

DataplayDisk微光盤

SPS交換式電源供應器

EMS專業電子制造服務

HDIboard高密度連結板指線寬／線距小于4／4mil，微小孔板（Micro-viaboard），孔俓5-6mil以下

PuddleEffect水溝效應早期大面積松寬線路之蝕刻銀貫孔(STH)銅貫孔(CTH)

DepanelingMachine組裝電路板切割機

NONCFC無氟氯碳化合物。

Supportpin支撐柱

F.M.光學點

ENTEK裸銅板上涂一層化學藥劑使PCB的pad比較不會生銹

QFD品質機能展開

PMT產品成熟度測試

ORT持續性壽命測試

FMEA失效模式與效應分析

TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示器)(Liquid-CrystalDisplaysAddressedbyThin-FilmTransistors)

導線架（LeadFrame）單體導線架（DiscreteLeadFrame）及積體線路導線架（ICLeadFrame）二種

ISP(InternetServiceProvider)指的是網際網絡服務提供

ADSL即為非對稱數字用戶回路調制解調器

SOPStandardOperationProcedure（標準操作手冊）

DOEDesignOfExperiment（實驗計劃法）

WireBonding打線接合

TapeAutomatedBonding,TAB卷帶式自動接合

FlipChip覆晶接合

JIS日本工業標準

ISO國際認證

M.S.D.S國際物質安全資料

FLUXSIR加濕絕緣阻抗值

微電子制造的現狀

電子工業已經成為世界上最大的工業；是一個國家繁榮的核心工業；決定電子工業增長速度的關鍵：半導體、半導體封裝、顯示器、存貯器、軟件、系統。從不惜代價的研發轉向面大量廣的消費類應用的研發。微電子技術改變著我們的生活：

煙盒大小的MD、MP3播放機、數字錄音筆、掌上型電腦、具有通訊功能的電子手表、護照般大小的數字攝像機、超小型移動電話等，正在走進我們的生活，甚至成為人們的日常用品。新一代個人移動電子裝置更將無線通訊、高密度彩顯與電腦集為一體。MD(MiniDisc)playerPDA(PersonalDigitalAssistant)手腕照相機移動電話汽車第一講

電子制造與電子封裝一、制造、電子制造、電子封裝的概念制造：Manufacture制造是一個涉及制造工業中產品設計、物料選擇、生產計劃、生產過程、質量保證、經營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱。（廣義的定義，國際生產工程學會）從原材料或半成品經過加工和裝配后形成最終產品的過程，即產品的加工工藝過程。（狹義的定義）Longman詞典對“制造”(Manufacture)的解釋為“通過機器進行(產品)制作或生產，特別是適用于大規模、大批量的方式運作”（狹義）制造涉及的領域遠非局限于機械制造，包括了機械、電子、化工、輕工、食品和軍工等行業制造不是僅指具體的工藝過程，而是包括市場分析、產品設計、生產工藝過程、裝配檢驗和銷售服務等在內的產品整個生命周期過程

廣義的制造技術涉及生產活動的各個方面和全過程，是從產品概念到最終產品的集成活動和系統狹義理解的制造技術主要涉及產品的加工和裝配工藝及過程機械制造：狹義的機械制造被理解為經加工和裝配形成機械產品的過程，包括毛胚制作、零件加工、檢驗、裝配等，其重點是機械加工和裝配工藝。廣義的機械制造應該包括機械產品從市場分析、經營決策、工程設計、加工裝配、質量控制、銷售運輸直至售后服務的全過程。電子制造（electronicmanufacture）電子產品硬件的物理實現過程（從硅片到電子產品）半導體工藝

引線鍵合技術載帶自動焊技術倒裝芯片技術通孔安裝技術表面安裝技術接插、導線連接等元器件單晶硅片

晶片產品系統板卡前道工序后道工序橢圓部分又稱為電子封裝（electronicPackaging）晶片的制造則稱為半導體制造（semiconductormanufacture）

廣義的電子制造也包括電子產品從市場分析、經營決策、工程設計、加工裝配、質量控制、銷售運輸直至售后服務的全過程。狹義的電子制造則是指電子產品從硅片開始到產品系統的物理實現過程。電子封裝從電路設計的完成開始，將裸芯片（chip）、陶瓷、金屬、有機物等物質制造（封裝）成芯片、元件、板卡、電路板，最終組裝成電子產品的整個過程半導體制造利用微細加工技術將各單元器件按一定的規律制作在一塊微小的半導體片上進而形成半導體芯片的過程，也稱為集成電路制造。

半導體制造的前道工序和后道工序二者以硅圓片（wafer）切分成晶片（chip）為界，在此之前為前道工序，在此之后為后道工序。所謂前道工序是從整塊硅圓片人手，經過多次重復的制膜、氧化、擴散，包括照相制版和光刻等工序，制成三極管、集成電路等半導體元件及電極等，開發材料的電子功能，以實現所要求的元器件特性。所謂后道工序是從由硅圓片切分好的一個一個的小晶片入手，進行裝片、固定、鍵合連接、塑料灌封、引出接線端子、檢查、打標等工序，完成作為器件、部件的封裝體，以確保元器件的可靠性并便于與外電路連接。電子設計、半導體制造與電子封裝等已經構成三個相對獨立的電子產業。而半導體制造和電子封裝則構成電子制造。電子封裝涉及的范圍廣、帶動的基礎產業多、與之相關的基礎材料和工藝裝備更是“硬中之硬”，亟待迅速發展。電子產品分類：

消費類電子產品 計算機和通信電子產品 軍用電子產品

衛星電子產品

電子產品的總成結構零級封裝—就是晶片級的連接，其方法主要有引線鍵合（WireBonding）

、載帶自動鍵合（TAB,TapeAutomatedBonding）和焊球植入（SolderBumping）三種。其中以焊球植入技術（倒裝芯片）提供的封裝密度最高。一級封裝就是集成電路（IC）元件的封裝.其中球柵陣列封裝（BGA,BallGridArray）技術為主流技術。二級和三級封裝就是將IC、阻容元件、接插件以及其他的元器件安裝在印刷電路板上，并組成為整機的技術。二級封裝主要有通孔組裝技術（THT,ThroughHoleTechnology）和表面安裝技術（SMT,SurfaceMountingTechnology）兩種，且后者是電子制造領域的主流技術。封裝的級別0級1級芯片元器件/模塊2級封裝3級封裝板卡母板電子封裝提供如下主要作用： 信號互連 功率分配 機械支撐和保護 散熱處理/存儲信息（功用）保證一定服役條件下的

質量、服務性、可靠性成本以及對功用的影響容限。二、電子封裝的發展耳機與視覺MD、MP3、MP4手腕電子產品手提電腦醫療電子移動電話、掌上電腦身份識別

小型化

超輕

高性能多功能高集成低能耗低成本

…電子封裝器件發展趨勢CSPSOPSOJS-SOPTSOPTQFPTABPLCCQFPDIP/PGABGAMCM小尺寸多引腳輕重量、小尺寸年1970s1980s1990s2000-2010系統級封裝：SOP

高密度封裝的電子產品日益普及，已經成為人們的必需電子產品的功能越來越多、性能越來越強、體積越來越小、重量越來越輕電子產品向多功能、高性能和小型化、輕型化方向迅猛發展綠色制造成為優先考慮的因素高密度封裝從出現到成為主流只花了不到5年的時間，發展之迅速，所料不及，給我們帶來了非常好的發展機會值得注意的動向在美國，落后于半導體芯片技術的封裝技術正在奮起直追，研發先進的封裝工藝與裝備，再次占領電子工業的新的制高點；在歐洲，更加注重電子封裝和電子設計，將電子封裝視為成敗的關鍵；在日本，已經形成了國家、企業和研究機構的聯合艦隊，大力發展電子封裝技術和裝備，成為電子封裝裝備的輸出國在韓國，舉全國之力研發新一代封裝技術和裝備，并躋身成為封裝設備的輸出國互連的結構和工藝技術發展ICDIP/PGAPWBICQFPPWBICBGAPWB（c）90年代是BGA和MCM的時代表面安裝技術倒裝芯片技術（a）60~70’s，是DIP與插裝的時代雙列直插封裝（DIP,DoubleInlinePackage）;針柵陣列封裝（PGA,PinGridArray）引線鍵合技術通孔焊接技術（b）80’s，是QFP和SMT的時代引線鍵合、TAB技術表面安裝技術四邊引線扁平封裝（QFP,QuadFlatPackage）多芯片模塊（MCM,MultiChipModule）（d）21世紀的封裝集成

(喬治亞理工大學提出)

小型化多應用柔性化熱可靠電磁干擾（EMI）高密度互連（HDI）高速低成本電子封裝技術引線鍵合載帶自動焊倒裝芯片

通孔安裝

表面安裝連接器和接插其它技術三級封裝一級封裝二級封裝封裝級別分類三、先進電子制造系統概述電子產品硬件的物理實現過程（從硅片到電子產品）前道工序后道工序單晶硅片

晶片半導體工藝

元器件板卡產品系統引線鍵合TAB倒裝芯片通孔安裝表面安裝接插、導線連接等電子封裝電子組裝廣義的電子封裝（1）前道工序

（將在第二部分介紹）

這一部分介紹如何從硅原材料制作成帶有不同功能的晶片（Chip）的過程。它包括的半導體工藝有：晶圓（Wafer）制作；氧化（Oxidation）；化學氣象淀積（ChemicalVaporDeposition）；光刻（Lithography）；掩模（Mask）制作離子注入（IonImplanting）；擴散(Diffusion)；濺射（Spluttering）；等…（2）后道工序、電子組裝

晶圓流片后，隨后的劃片、貼片、封裝等工序被稱為后道工序。其中，電子封裝（ElectronicPackaging）是其核心。

電子封裝是伴隨著電路、器件和元件的產生而產生的，并且隨其發展而發展，最終發展成當今的封裝行業。電子封裝的四個功能：

為半導體芯片提供機械支撐和環境保護；

接通半導體芯片的電流通路；

提供信號的輸入和輸出通路；

提供熱通路，散逸半導體芯片產生的熱。

電子封裝直接影響著:

電子產品的電、熱、光和機械性能電子產品的可靠性和成本電子產品與系統的小型化。要求電子封裝應具有:

優良的電性能、熱性能、機械性能和光學性能高的可靠性和低的成本無論在軍用電子元器件中，或是民用消費類電路中，電子封裝具有舉足輕重的地位，概括起來就是基礎地位、先行地位、制約地位封裝和組裝一般可分為四個層次，即

零級封裝

—

晶片層次上的互連；

一級封裝

—

芯片（單芯片或多芯片）上的I／O與基板互連；

二級封裝

—

集成塊（封裝體）連入PCB或板卡（Card）上；

三級封裝

—

電路板或卡板連入整機母板上。零級和一級封裝稱為電子封裝（ElectronicPackaging）（技術）；把二級和三級封裝稱為電子組裝（ElectronicAssembly）（技術）。封裝技術的應用晶片級封裝引線鍵合WireBonding(WR)（主導地位）載帶自動焊TapeAutomatedBonding(TAB)倒裝芯片FlipChip(FC)芯片焊盤楔形鍵合球形鍵合小外形封裝（SOP，SmallOutPackage）WB封裝實例樹脂封模晶片金線引線鍵合引腳TAB封裝實例載帶晶片FC封裝實例－凸點金釘頭凸點金（Au）凸點鎳（Ni）凸點共晶焊料凸點銦（In）凸點FC封裝示意圖完成2級封裝過程完成1級封裝過程球柵陣列芯片凸點底部填充芯片基板四、電子封裝發展簡史

1947年世界發明第一只半導體晶體管，同時也就開始了電子封裝的歷史。

50年代以三根引線的TO型外殼為主，工藝主要是金屬玻璃封接工藝。與此同時發明了生瓷流延工藝，為以后的多層陶瓷工藝的發展奠定了基礎。

1958年發明第一塊集成電路，它推動了多引線外殼的發展，工藝仍以金屬-玻璃封接工藝為主。

60年代發明了DIP(DualIn-linePackage)外殼，即雙列直插引線外殼。由于這種外殼的電性能和熱性能優良，可靠性高，使它們倍受集成電路廠家的青睞，發展很快，在70年代成為系列主導產品，4～64只管腳均開發出產品。

由于陶瓷DIP的成本問題，又開發出塑料雙列直插（PDIP）外殼。這種外殼由于成本低，便于大量生產，所以得到迅速的發展，乃至延續至今。

80年代，表面安裝技術(SMT,SurfaceMountTechnology)被稱作電子封裝領域的一場革命，得到非常迅猛的發展。與之相適應，發明了一系列用于表面安裝技術的新的電子封裝形式，如無引線陶瓷片式載體（LCCC，LeadlessChipCeramicCarrier）、塑料有引線片式載體（PLCC，PlasticLeadedChipCarrier）和四邊引線扁平封裝（QFP，QuadFlatPackage），于80年代初達到標準化并投入生產。由于密度高、引線節距小、成本低和適于表面安裝，使四邊引線塑料扁平（PFP）封裝成了80年代的主導產品。

90年代，集成電路發展到超大規模階段，要求電子封裝的管腳數越來越多，管腳節距越來越小，從而電子封裝從四邊引線型（如四邊扁平封裝，QFP,QuadFlatPackage等）向平面陣列型（針柵陣列，PGA,PinGridArray）封裝發展。

90年代初發明了球柵陣列（BGA，BallGridArray）封裝．目前正處于爆炸發展階段。是電子封裝領域的又一場革命。與此同時，國際上Si的12英寸片已投產，投資閾值越來越大，國內也上了幾家8英寸的廠。由于6英寸以下Si片的大規模生產成本大大降低，因此集成電路以BGA技術為基本形式迅速發展。例如向著多芯片組件（MCM，MultiChipModule）發展，即把多塊裸露的集成電路芯片以到裝焊的方式安裝在一塊多層布線襯底上，并封裝在同一外殼中。發展勢頭只增不減，已形成MCM－C、MCM-D、MCM－I等幾種類型。20年間CPU的變化：

從Intel4004、80286、386、486發展到Pentium、PII、P3、P4；位數從4位、8位、16位、32位發展到64位；主頻從幾兆到今天的2GHz以上；

CPU芯片里集成的晶體管數由2000個躍升到千萬個。集成電路的規模:

小規模集成（SSI，SmallScaleIntegration）、MSI（Medium）、LSI（Large）、VLSI（Very-large）、ULSI（Ultra-large）；封裝引腳(I/O)：從幾十根，逐漸增加到幾百根，到目前的2千根以上。

五、六、電子封裝的發展特點1）向高密度發展

LSI和VLSI集成度越來越高，要求封裝的管腳數越來越多，管腳節距越來越小，因此封裝難度越來越大。目前，陶瓷外殼CCGA已達1089pin，CBGA已達625pin，節距已達0.5mm，PQFP已達376pin，TBGA已達1000pin以上。2）向表面安裝技術發展

國際上表面安裝技術發展很快，據統計，1988年SMT約占17.5％，1993年占44％，1998年占75％。傳統的雙列直插封裝所占份額越來越小，取而代之的是表面安裝類型的封裝，如有引線塑料片式載體、無引線陶資片式載體、四邊引線塑料扁平封裝、塑料球柵陣列封裝和陶瓷球柵陣列封裝等，尤其以PQFP和BGA兩種類型為代表。3）從單芯片封裝向多芯片封裝發展

MCM起步于90年代初、由于MCM的高密度、高性能和高可靠而倍受青睞。世界各國在近幾年紛紛投入巨資，如美國政府4年投入5億美元，IBM在10年內投入10億發展MCM。目前最高水平的MCM－C是IBM的產品，200mm見方、78層、300多萬通孔、1400米互連線、1800只管腳、200W功耗。4）從陶瓷封裝向塑料封裝發展在陶瓷封裝向高密度、多引線和大功耗發展的同時，越來越多的領域被塑料封裝所取代，而且，新的塑料封裝形式層出不窮，目前以PQFP和PBGA為主，全部用于表面安裝，這些塑料封裝占領著90％以上的市場。5）先發展后道封裝再發展芯片

這是一個成功的經驗，與芯片制造相比，后道封裝投入較小，而且見效快。元器件發展趨勢

TOTO SIPDIP

SIPCSPBGAQFPPGA

SOP尺寸減小、重量減小、面陣列、引腳增多、功能增多、可靠性提高、成本降低、操作方便電子封裝器件發展趨勢小尺寸多引腳輕重量、

小尺寸封裝的硅效率面陣列封裝引發了封裝技術的革命封模實例七、電子組裝技術

兩種主要的組裝技術：

1)通孔組裝技術THT

2)表面組裝技術SMTPCB基板焊接點表面安裝元件通孔插裝元件PCB板(PrintedCircuitBoard）通孔插裝技術(THT,ThroughHoleTechnology)表面貼裝技術(SMT,SurfaceMountTechnology)通孔插裝及波峰焊表面安裝與回流焊焊接點八、電子封裝設備主要內容電子制造過程與主要設備類型電子制造關鍵設備及技術（光刻機、貼片機）現代電子制造裝備的發展趨勢與特點

電子基礎制造其他元器件制造微電子制造PCB制造電子材料料真空電子器件半導體分立器件光電器件電子組裝制造板卡級制造（PCB組件制造）整機裝配應用系統的組裝電子制造的分類電子制造物料與裝備體系電子制造物料與裝備是電子制造產業的硬件基礎，是制造各種滿足人類社會需求的電子產品的物質前提，電子制造物料包括電子產業鏈最前端的電子材料、中間產品電子元器件以及實現電子元器件組裝連接的基板。電子制造裝備指制造過程中使用的各種機器設備、工裝夾具和工具等，電子制造物料與裝備共同構成電子制造產業的硬件基礎。電子制造物料與裝備體系在電子物料中，材料處于最前端，它既是制造包括集成電路在內的各種電子元器件和承載元器件的電子基板的原料，也是構成電子整機必不可少的各種功能件和結構件的原料，同時還是元器件、基板以及整機制造工藝中不可或缺的工藝材料的原材料。電子元器件是電子產品的基本組成單元，其技術水平和可靠性直接決定電子產品的質量與性能，是電子信息產業的基礎支撐產業。電子元器件無處不在，不論是日常的消費電子產品還是工業用電子設備，都是由基本的電子元器件構成的。電子元器件介于電子整機行業和原材料行業之間，其特點是是所生產的產品與最終產品之間無直接的對應關系，參與多個價值鏈的形成。電子基板與電子元器件一樣，是電子產品子產品的基本組部分，其技術的水平直接決定電子產品的結構、性能和組裝制造的效率，電子產品的每次升級換代，無論是微小型化還是多功能化，都離不開電子基板技術的支撐。電子制造基礎硬件中，除了物料之外就是裝備。電子制造裝備跨越整個電子產業鏈，無論前端的電子材料制備、中間的元器件和基板制造，還是最終的整機產品組裝制造，都離不開相應的制造裝備。裝備是電子制造硬件的一個重要內容，尤其是對于現代電子制造而言，沒有先進的裝備不可能制造出現代化電子產品。了解現代電子制造裝備及其發展，無論對于把握電子產業全局還是專注某一領域都是非常必要的。現代電子制造業發展說明，沒有相應的現代化半導體制造裝備，根本不可能制造出各種芯片；沒有高效率的先進電子組裝設備，產品根本無法在市場上參與競爭。從某種意義上說，制造裝備是決定電子制造產業強弱成敗的一個關鍵因素。我國已經成為電子制造大國，成為眾人皆知的電子產品世界工廠。但是我國龐大的電子制造產業所用制造裝備，相當大的比例依賴進口，特別是高端裝備，例如高精度光刻機、SMT組裝貼片機以及光電子裝備等對產業發展起關鍵性作用的設備，完全依賴進口。現代電子制造裝備橫跨電子、機械、自動化、光學、計算機等眾多學科，涉及精密視覺檢測、高速高精度控制、精密機械加工、計算機集成制造等核心技術，是典型的機光電一體化高科技領域。現在我國IC產業的高速擴張、電子組裝制造業持續高速發展以及光伏和半導體照明迅速興起，為電子制造裝備帶來了廣闊的發展空間。具有自主知識產權、國際先進水平的電子制造裝備必將在中國大地開花結果。1．半導體制造裝備（1）硅單晶制造設備，包括硅單晶制造設備、圓片整形加工研削設備、切片設備、取片設備、磨片設備、拋光設備和各種檢驗設備等；（2）電路設計及CAD設備，包括計算機系統、各種輸入輸出設備和各種軟件等；（3）制板設備，包括圖形發生器、接觸式打印機、抗腐劑處理設備、腐蝕設備、清洗備和各種檢驗設備等。

單晶硅錠生長的提拉法工藝（a）晶體提拉之前的初始裝置（b）晶體提拉形成晶棒的過程

硅錠成形的外圓磨削操作（a）一個可實現對直徑和外圓控制的外圓磨削（b）圓柱體上磨削出的一個平面

采用金剛石砂輪的切割鋸切硅晶片

硅晶片處理的兩個步驟（a）輪廓磨削以便磨圓硅晶片邊緣（b）表面拋光（4）芯片制造設備，包括光刻設備（曝光設備、涂膜、顯影設備、腐蝕設備等）、清洗設備、摻雜設備（離子注入設備、擴散爐）、氧化設備、CVD（化學氣相沉積）設備、濺射設備、各種測試檢測分析評價設備等；（5）封裝與測試設備，包括組裝設備（劃片設備、鍵合設備、塑封設備、老化設備）、試驗設備（驗漏、測試、數據處理設備、環境試驗設備）等；（6）半導體工程設備，包括凈化室、凈化臺、晶圓標準機械接口箱、自動搬送設備和環境控制設備（超凈水制造、廢氣處理、廢液處理、精制設備、分析設備、探測器）等。

刻蝕與光刻機等離子體刻蝕機光刻機2．電真空器件及平板顯示器生產裝備顯像（顯示）管制造設備；真空開關管制造設備；液晶顯示器件制造設備；PDP制設備；VFD（真空熒光顯示屏）制造設備；電子槍制造設備等。

大幅絲網印刷機3．電子元件及機電組件生產裝備包括線束線纜設備，電阻器、電容器和電感器制造設備，敏感組件制造設備，傳感器制造設備，晶體振蕩器制造設備，濾波器制造設備，頻率器件制造設備，磁性材料及元件制造設備，電子變壓器制造設備，開關制造設備，接插件制造設備，微特電機制造設備，繼電器制造設備，電聲器件制造設備，電池生產設備，陶瓷材料設備，線圈制造設備等。4．印制電路板生產裝備包括基板加工設備，壓合設備，鉆孔成形設備，濕制程設備，絲印設備，檢測設備，電鍍設備，噴錫設備，壓膜機，曝光機，顯影機，制板機，烘烤制程自動線以及環境工程設備等。5．組裝及整機裝聯設備包括SMT焊膏印刷機，噴涂設備，點膠設備，自動插件機，貼片機，接駁臺，上下機，回流焊機，波峰焊機，爐溫測量儀，清洗設備，返修設備，自動光學檢測設備（AOI），自動X射線檢測設備（AXI），環境設備，各種輔助設備（零件編帶機、鋼網清潔機、焊膏攪拌機、錫膏測試儀、元器件及印制電路板烤箱、錫渣還原機等），氮氣設備，電纜加工及檢測設備等。波峰焊設備自動光學檢測設備

SMT設備高速貼片機表電子制造設備分類表電子制造材料工程基體工程裝配工程測試工程電子元器件制造漿料制備球磨機超細粉碎機粘接劑制備振動篩絲網印刷機擠制設備迭片印刷機切塊機燒結爐排粘機激光調阻機涂端頭機燒銀爐導線成形機自動插片機焊接機模塑包封機激光打標機裝袋機編帶機自動測試機容量分類機綜合測量儀老化機溫測儀集成電路制造單晶爐劃片機研磨機等離子清洗機氣相磊晶光刻機電子束曝光機擴散爐等離子體硅蝕刻反應離子蝕刻晶圓掛、噴鍍設備引線框架電鍍線|芯片切割機貼膜機固晶機引線鍵合機載帶鍵合機倒裝焊接鍵合機平行封焊機真空液晶灌注機整平封口設備激光打標機自動探針測試測厚儀可焊性測試儀老化機電子制造材料工程基體工程裝配工程測試工程電子整機產品制造與電子元器件制造中的材料工程類似PCB曝光機貼膜機熱壓機PCB鉆孔機電鍍系統熱風帶平機裁扳機印刷機自動插件機貼片機波峰焊機選擇性波峰焊機再流焊爐通孔再流爐焊機ICT飛針ICTAIO激光系統AXI測厚儀可焊性測試儀厚膜混合集成電路制造與電子元器件制造中的材料工程和基體工程相似采用SMT/THT組裝裝配過程微組裝技術與集成電路制造中的材料工程和基體工程相似可采用SMT/THT組裝裝配過程6．其他裝備（1）環境與試驗設備包括高低溫／恒溫試驗設備，濕熱試驗設備，干燥（老化）試驗設備，防護（例如防砂／防塵／鹽霧／防水等）試驗設備，沖擊試驗設備，振動試驗設備，無損檢測儀器，電磁兼容測試儀，力學試驗設備等。（2）防靜電裝備包括防靜電生產裝備（防靜電臺車、臺墊、周轉箱、周轉架、元件盒、坐椅等），防靜電離子設備（離子風機、離子風簾等），防靜電地板，防靜電測試設備（靜電場測試儀、表面電阻測試儀、手腕帶測試儀等）以及靜電消除器等。（3）超聲波設備包括超聲波電鍍設備，超聲波清洗機，超聲波焊接設備（塑焊機、熔接機、點焊機等），超聲波清洗干燥機，超聲波冷水機，超聲波熔斷機等。（4）凈化設備包括電磁屏蔽設備，氣體（氫、氧、氮等）純化設備，空氣凈化設備，水純化設備，無塵室設備，廢水、廢氣處理設備等。（5）激光設備包括激光畫線機，激光雕刻機，激光焊接機，激光切割機，激光打孔機，激光打標機，激光剝線機，激光測距儀等。（6）專業工具包括手工焊接工具（電烙鐵、熱風槍、錫爐等），壓接工具以及電動螺絲刀等。電子封裝關鍵設備光刻機與貼片機分別是集成電路制造和組裝制造的關鍵設備，而集成電路制造和組裝制造則是電子制造產業中最關鍵、規模最大的兩個行業，因此行業中通常以擁有這兩種設備的數量和水平，作為衡量一個國家或地區的半導體制造和電子整機制造能力和水平的標志。光刻機與貼片機橫跨電子、機械、自動化、光學、計算機等眾多學科，涉及精密光電子、高速高精度控制、精密機械加工、計算機集成制造等核心技術，是典型的機光電一體化高科技領域產品。特別是光刻機處于整個電子產業技術發展的制高點上，對于實現由電子制造大國向電子制造強國的轉變至關重要。1.光刻機（1）光刻技術與光刻機光刻技術作為半導體產業的核心技術，在半個世紀的進化歷程中為整個產業的發展提供了最為有力的技術支撐。集成電路已經從20世紀60年代的每個芯片上僅幾十個器件發展到現在的每個芯片上可包含約l0億個器件。光刻技術是集成電路的關鍵技術之一，它是整個產品制造中重要的經濟影響因素，光刻成本占據了整個制造成本的35%。光刻也是決定了集成電路按照摩爾定律發展的一個重要原因，如果沒有光刻技術的進步，集成電路就不可能從微米進入深亞微米再進入納米時代。半導體光刻技術的水平，決定了硅技術特征尺寸。近年來硅技術特征尺寸從130nm、90nm、65nrn、45nm到32nm，進而向22nm以下前進。每一個先進工藝技術節點的實現，都離不開光刻技術的支持，都需要相應高精度高分辨力圖形轉印的光學曝光設備，即可以達到工藝技術要求的光刻機。（2）光刻機的發展光刻機是一種高精度自動曝光工具，這是光刻工程的核心部分，其造價昂貴（新型光刻機價格高達7000萬美元），可稱為世界上最精密的儀器。作為實現半導體集成電路技術不斷發展的關鍵設備，光刻機自1978年誕生以來，隨著集成電路由微米級向納米級發展，光刻采用的光波波長也從近紫外(NUV)區間的436nm、365nm波長進入到深紫外(DUV)區間的248nm、193nm波長。目前大部分芯片制造工藝采用了248nm和193nm光刻技術。目前對于13.4nm波長的極端遠紫外(EUV)光刻技術研究也在提速前進。期間曾經被業界看好的157nm波長的光刻機，由于自身的不足和下一代EUV技術的興起實際上已經半途而廢。（3）傳統光刻機的延續與EUV傳統的光刻機壽命已超出了很多人的預期，193nm光刻技術借助于沉浸式技術，已經能夠延續到11nm工藝，這為相當一段時間內半導體集成電路的繼續發的繼續發展，提供了穩定的技術支撐，但傳統的光刻機的壽終正寢與它的誕生一樣勢在必行。EUV（極紫外線光刻技術）是下一代光刻技術（<32nm節點的光刻技術）。它是用波長為13.4nm的軟X射線進行光刻的技術。EVU技術雖然進展坎坷、商業化困難重重，但是這項技術前景仍然被看好。目前市場上提供量產商用的光刻機廠商有三家：ASML,尼康(Nikon)，佳能(Canon)。根據2007年的統計數據，在中高端光刻機市場，ASML占據大約60%的市場份額。而最高端市場（例如沉浸式光刻機），ASML大約目前占據80%的市場份額。

ASML公司光刻機（4）光刻技術特征展望英特爾已經開始量產22nm工藝處理器，英特爾計劃2013年推出14納米級芯片，2015年推出10納米級芯片。在SemiConWest產業會議上，GlobalFoundries公司對外宣布，將會在15nm制程時開始啟用EUV極紫外光刻技術制造半導體芯片。GlobalFoundries公司高級副總裁GregBartlett表示，在紐約Fab8工廠建成之后的2012年下半年將會立刻開始在該工程部署EUV光刻的相關設備，與此同時，光刻設備廠商ASML也將會發售EUV光刻設備。現階段很多公司也在推動納米壓印、無掩膜光刻或一種被稱為自組裝的新興技術。但是EUV光刻仍然被認為是下一代CPU的最佳工藝。2.貼片機（1）電子組裝技術與貼片機電子組裝處于電子產業鏈中端，屬于對成本效率敏感的低附加值加工行業，特別是對于占電子產品大多數的民用產品，成本效率更是至關重要；而電子產品微小型化、多功能化的發展趨勢使電子組裝成本上升，給電子組裝設備帶來前所未有的挑戰。貼片機是當代主流電子組裝技術（SMT）生產設備中價值比重最大、技術含量最高、對整個組裝生產能力和效率影響最大的電子制造設備。SMT組裝生產線的選擇和配置，關鍵在貼片機。在電子信息行業中，擁有貼片機的數量和先進程度，已經成為一個企業、地區或國家的電子制造能力的標志。盡管貼片機的精密和技術復雜程度低于光刻機，但貼片機對于速度、效率和柔性的要求一點也不遜于光刻機。在電子組裝領域，貼片機是典型的高速度、高精度、高效率的專用電子設備；貼片機在整個工藝流程中對生產效率、產品質量具有關鍵作用。貼片機實際上是一種精密的工業機器人系統，它充分發揮現代精密機械、機電一體化、光電結合以及自動化技術與計算機控制技術綜合的高技術成果，實現高速度、高精度、智能化電子組裝制造。（2）貼片機的發展貼片機從20世紀70年代末誕生以來，其貼裝要求（主要是速度和精確度的要求），隨著電子信息產業的高速發展以及元器件的微小型化和高密度組裝的發經今非昔比對于用于批量生產的主流貼片機而言，迄今從技術上經歷了3代發展。第一代貼片機是在20世紀70年代到80年代初期，采用的機械對中方式決定了貼裝速度低（1-1.5s/片），貼裝準確度也不高（X-Y定位±0.1mm），但已經具備了現代貼片機的全部要素，適應當時的元器件水平和組裝技術的要求。20世紀90年代出現的第二代貼片機，采用光學對中系統，使貼片速度和精確度大幅度提高，并在發展過程中逐漸形成以貼裝片式元件為主、注重貼裝速度的高速機（又稱CHIP元件貼裝機或射片機）和以貼裝各種IC、異型元件為主的多功能機（又稱泛用機或IC貼裝機）兩個功能和用途明顯不同的機種；高速機的貼裝速度已經達到0.06s／片的數量級，接近機電系統的極限；多功能機則可達到貼裝節距為0.3mm的QFP的水平，可以貼裝所有IC和異型元件。但隨著SMT高速發展和元器件的進一步微小型化，這一代貼片機逐漸力不從心，已經逐漸退出主流生產廠商的視野。第三代貼片機是20世紀90年代末開始，在SMT產業高速發展和電子產品需求多元化、品種多樣化的推動下發展起來的。一方面，各種IC新的微小型化封裝和0402片式元件對貼片技術提出更高要求，另一方面電子產品的復雜程度和安裝密度的進一步提高，特別是多品種小批量的趨勢，促使貼裝設備適應組裝技術和封裝需求催生出第三代貼片機。（3）第三代貼片機特點--高性能和柔性化將高速機和多功能機合二為一。通過模塊化／模組式／細胞機的靈活結構，只需選擇不同的結構單元即可在一臺機器上實現高速機和泛用機的功能。例如實現自0402片式元件至50mmX50mm、0.5mm節距集成電路貼裝范圍和150000片/h的貼裝速度。兼顧貼裝速度和準確度。新一代貼片機采用高性能貼片頭、精密視覺對準、高性能計算機軟硬件系統，例如在一臺機器上實現45000片／h的速度和4Sigma下50μm或更高的貼裝準確度。

模組型高速多功能貼片機高效率貼裝。通過高性能貼片頭、智能供料器等技術使貼片機實際貼裝效率達到理想值的80%以上。高質量貼裝。例如通過Z向尺寸準確測量和控制貼裝力，使元器件與焊膏接觸良好，或者應用APC控制貼裝位置，保證最佳焊接效果。單位場地面積的產能比第二代機器提高1-2倍。可實現堆疊組裝(PoP)。智能化軟件系統，例如高效率編程、可追溯系統。現代電子制造裝備的發展趨勢與特點現代電子制造裝備的發展趨勢與特點，可以用“三高三化”來概括，即高精度、高效率、高集成、柔性化、智能化、綠色化。1.高精度高精度也稱為“高精細”或“精密化”。它一方面是指對產品、零件的精度要求越來高，另一方面是指對產品、零件的加工精度要求越來越高。有了前者，才要求有后者；有了后者，才促使前者得以發展。近半個多世紀來，微電子工藝尺寸從數十微米、微米級亞微米級直到納米級。電子元件制造誤差，一般晶體管50μm，一般磁盤5μm，一般磁頭磁鼓0.5μm，集成電路0.05μm，超大型集成電路達0.005μm，而合成半導體為1nm。在現代超精密機械中，離子束加工可達納米級，借助于掃描隧道顯微鏡（STM）原子力顯微鏡的加工，則可達0.1nm。即使在尺寸精度要求相對低的組裝加工中，由于01005片式元件及0.4mm或0.3mm節距封裝的使用，對相應涂覆和貼裝設備要求也達到微米級，且是高速運動中的定位精度。精密化的另一個要求是微電子制造的“三超”

：超凈，加工車間塵埃顆粒直徑小于1μm，顆粒數少于0.1ft3（立方英尺）；超純，芯片材料有害雜質，其含量小于十億分之一；超精，加工精度達納米級。2.高效率高效率就是提高生產效率，縮短加工周期，增加產能。提高效率的主要途徑是自動化，就是減輕人的勞動，強化、延伸、取代人的有關勞動的技術或手段。從自動控制、自動調節、自動補償、自動辨識等發展到自學習、自組織、自維護、自修復等更高的自動化水平。信息化、計算機化與網絡化，不但極大地解放了人的體力勞動，更為關鍵的是有效地提高了腦力勞動和自動化的水平，解放了人的部分的腦力勞動。另一方面，設備結構和工作模式的改進也是提高生產效率的重要方式。例如貼片機在貼裝速度潛力挖掘沒有多少空間的情況下，雙路輸送結構是提高效率的一種有效力方法。雙路輸送貼片機在保留傳統單路貼片機性能的基礎上，將PCB輸送、定位、檢測、貼片等設計成雙路結構，這種雙路結構可以同步方式或異步方式工作，均能縮短貼片機的無效工作時間，提高機器的生產效率。再如貼片機的多懸臂、多貼裝頭結構，都是行之有效的方法。3.高集成一是裝備技術的集成；二是技術與管理的集成，其本質是知識的集成。裝備技術的集成，就是要多種技術交叉、嫁接、融合。例如機光電一體化；檢測傳感技術；信息處理技術；自動控制技術；伺服傳動技術；精密機械技術；系統總體技術綜合應用；軟硬件技術協調與集成等。技術與管理的集成，就是要充分利用計算機、自動化和網絡技術，將設備應用與管理技術有機融合，特別是成套裝備即自動化生產線尤其重要。

例如SMT生產線設備中嵌入統計過程控制（statisticalprocesscontrol，SPC）、可追溯系統等，可以充分發揮設備效能，提高產能和質量。4.柔性化柔性化是應對多品種、小批量趨勢的唯一有效方法。裝備柔性化的一個重要內容是設備的模塊化和模組化。模塊化又稱積木式例如將貼片機的主機做成標準設備，并裝備統一的標準的機座平臺和通用的用戶接口，而將點膠貼片的各種功能做成功能模塊組件，用戶可以根據需要在主機上裝置所需的功能模塊品種和數量，或更換新的模塊，以實現用戶需要的新的功能要求。模組化可以理解為子母機模式例如將貼片機分為控制主機和功能模塊機，根據用戶的不同需求，由控制主機和功能模塊機柔性組合來滿足用戶的需求。模塊機有不同的功能，針對不同元器件的貼裝要求，可以按不同的精度和速度進行貼裝，以達到較高的使用效率。當用戶有新的要求時，可以根據需要增加新的功能模塊機；訂單增加時可以增加模塊機數量來增加產能而不用增加整個機器。FUJINXT模組型高速多功能貼片機

模組型高速多功能貼片機5.智能化制造裝備的智能化是制造技術發展最具前景的方向。近20年來，制造系統正在由原先的能量驅動型轉變為信息驅動型，這就要求制造系統不但要具備柔性，而且還要表現出智能，以便應對大量復雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復雜環境。智能化裝備的基礎是計算機智能技術。智能制造裝備具有以下特點：人機一體化；自律能力；自組織與超柔性；學習能力與自我維護能力。智能化的未來，具有更高級的類人思維的能力，借助計算機模擬的人類專家的智能活動，對制造過程進行分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動；同時，收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和發展人類專家的智能等。智能化在多種制造裝備中的應用還剛開始，目前一些檢測設備正在向智能化發展，例如配備專家系統的設備可以根據檢測到的故障現象，分析故障根源并給出改進建議。設備名稱印刷機貼片機再流焊機智能化智能化軟件可使多種印刷動作同時運作智能化控制，使貼片機保持較高產能下有最低失誤率自適應智能技術可監測PCB上元器件溫度變化多功能自動焊膏點涂裝置、環境控制裝置和在線SPC數據采集系統封閉擠壓式印刷頭噴印混合組裝，雙漏板印刷在機器上有FCVision和FluxDispenser等以適應FC的貼裝需要雙組旋轉貼片頭，不但提高了集成電路的貼片速度，而且保證了較好的貼片精度多噴嘴氣流控制區域分離體系強制快速冷卻裝置選擇性波峰焊接視覺系統改進的視覺算法，可以更快速、更準確地將模板與PCB對準“飛行檢測”兩臺器件攝像機（一臺標準型和一臺倒裝片用攝像機）爐內的智能溫度攝像頭表電子組裝裝備智能化方向的發展6.綠色化綠色化是電子制造裝備未來發展的必然趨勢。人類社會的發展必將走向人與自然界的和諧，電子制造裝備當然不會例外。電子制造裝備要從構思開始，在設計階段、制造階段、銷售階段、使用與維修，直到回收階段、再制造各階段，都必須充分考慮環境保護。所謂環境保護是廣義的，不僅要保護自然環境，保護社會環境、生產環境，還要保護生產者的身心健康。在此前提與內涵下，制造出價廉、物美、供貨期短、售后服務好的電子制造裝備產品。第一部分：半導體簡介硅的晶體結構摻雜金屬—氧化物層—半導體場效應晶體三級管(MOSFET)第二部分：半導體工藝潔凈室清洗氧化化學氣相沉積光刻蝕刻擴散離子注入金屬化第三部分:集成電路第二講半導體工藝與集成電路第一部分:半導體、概念與工作原理硅的晶體結構：Si原子結構、Si晶體結構、單晶硅與多晶硅摻雜：摻雜、正摻雜、負摻雜MOSFET：什么是MOSFET、MOSFET種類PMOS簡介、PMOS工作原理NMOS簡介、NMOS工作原理CMOS簡介、CMOS工作原理Si是現在各種半導體中只用最廣泛的電子材料，他的來源極其廣泛，就是我們腳下的所踩的砂子。硅的含量占地殼的25％。Si的提純比較容易，提純成本低，因此成為制作半導體集成電路的主要材料。如常見的CPU，DRAM……等，都是以Si為主要材料。在元素周期表中，他屬于4價元素，排在三價的鋁和五價的磷之間。硅屬于四價元素，原子序數為14。雖然原子內所含的電子相當多，但是因為較接近原子核的電子被外層電子遮蔽，所以內層電子對整體材料的電性能影響也比較小。只有最外層的四個電子影響硅的性質。最外層的四個電子稱為價電子。共價鍵：在硅晶體內部，每個硅原子外層的四個價電子分別與四個臨近硅原子的一個外層價電子形成化學鍵結合，這種電子共有的化學鍵結構稱為共價鍵。硅的晶體結構：硅的晶體結構同于金剛石結構。在三維空間中硅晶體由很多四面體單元連接構成，四面體中心有一個硅原子，此外有有四個硅原子位于四面體上的四個頂點，八個四面體構成的立方體結構成為金剛石結構。物質可分為晶體和非晶體。晶體的特點就是材料內的原子或分子在三維空間中以周期性方式排列。硅晶體便是以金剛石結構為單位，晶體內的硅原子呈規則周期性的排列。單晶硅與多晶硅：當一硅材整體的原子排列結構呈現規則排列，則此硅材稱為單晶硅；半導體技術中所用的硅晶圓就是單晶硅。當硅材是由許多小單晶結構構成且各單晶顆粒之間的原子排列方向互異，此硅材稱為多晶硅。摻雜在半導體材料中加入三價（或五價)原子,從而引入自由電子或空穴的過程成為摻雜。半導體就是利用電子或空穴來傳導電信號。摻雜可分為正摻雜與負摻雜。正摻雜在硅晶體中，摻入周期表中的三族元素（如硼原子，此摻雜元素稱為施主原子），由于和硅原子結合需要四個電子，三族元素原子僅可提供三個電子，因而形成了一個電子的空缺，稱為空穴。當外加一電壓時，空穴向負電位方向移動，形成了電的傳導。此摻雜的區域稱為P區，主要的傳導載流子為空穴。負摻雜在硅晶體中，摻入周期表中的五族元素（如磷原子，此摻雜元素也稱為施主原子），由于和硅原子結合需要四個電子，五族元素原子卻可提供五個電子，因而多了一個電子，而成為自由電子。當外加一電壓時，自由電子向正電位方向移動，形成了電的傳導。此摻雜的區域稱為N區，主要的傳導載流子為電子。MOSFET就是金屬—氧化物層—半導體場效應晶體三級管，其結構是由金屬、氧化層及半導體疊在一起而構成。MOSEFT依據載流子不同可分為PMOS和NMOS兩種。若將這兩種MOS和在一起則成為互補型金屬氧化物場效應晶體三極管——CMOS。PMOS指的是利用空穴導電的金屬氧化物半導體管，符號為：結構為：由正型摻雜形成的源極、漏極、門極、氧化物構成。門極漏極源極PMOS的工作原理：當在門極施加負電壓時，就會在氧化層下方薄區內感應出許多空穴，當在源極與漏極施加一偏壓后，聚集的空穴可就可以經由源極與漏極之間的通道導通。NMOS指的是利用電子導電的金屬氧化物半導體管，符號為：結構為：由負型摻雜形成的源極、漏極、門極、氧化物構成。NMOS的工作原理：當在門極施加正電壓時，就會在氧化層下方薄區內感應出許多電子，當在源極與漏極之間施加一偏壓后，聚集的電子可就可以經由源極與漏極之間的通道導通。CMOS的電路符號為：若將PMOS與NMOS的門極相連，且將PMOS和NMOS的漏極相連，即構成一個基本的反相器。當輸入端（Vin)為高電平（1）時，NMOS導通，而PMOS不導通，因此輸出端（Vout）為低電平；當輸入端（Vin)為低電平（0）時，PMOS導通，而NMOS不導通，因此輸出端（Vout）為高電平(1)。第三講元器件的互連封裝技術—引線鍵合（WireBonding）技術Review

電子封裝始于IC晶片制成之后，包括IC晶片的粘結固定、電路連線、密封保護、與電路板之接合、模組組裝到產品完成之間的所有過程。

電子封裝常見的連接方法有引線鍵合(wirebonding，WB)、載帶自動焊（tapeautomatedbonding,TAB）與倒裝芯片(flipchip,FC)等三種，倒裝芯片也稱為反轉式晶片接合或可控制塌陷晶片互連(controlledcollapsechipconnection,C4)

。什么是引線鍵合用金屬絲將芯片的I/O端（innerleadbondingpad:內側引線端子）與對應的封裝引腳或者基板上布線焊區（outerleadbondingpad:外側引線端子）互連，實現固相焊接過程，采用加熱、加壓和超聲能，破壞表面氧化層和污染，產生塑性變形，界面親密接觸產生電子共享和原子擴散形成焊點，鍵合區的焊盤金屬一般為Al或者Au等，金屬細絲是直徑通常為20～50微米的Au、Al或者Si－Al絲。歷史和特點1957年Bell實驗室采用的器件封裝技術，目前特點如下：

已有適合批量生產的自動化機器；鍵合參數可精密控制，導線機械性能重復性高；速度可達100ms互連（兩個焊接和一個導線循環過程）；

焊點直徑：100

μm↘

50μm，↘

30

μm；節距：100

μm↘

55μm，↘

35μm；劈刀(Wedge,楔頭)的改進解決了大多數的可靠性問題；根據特定的要求，出現了各種工具和材料可供選擇；已經形成非常成熟的體系。應用范圍

低成本、高可靠、高產量等特點使得它成為芯片互連的主要工藝方法，用于下列封裝：

·

陶瓷和塑料BGA、單芯片或者多芯片

·

陶瓷和塑料(CerQuadsandPQFPs)

·

芯片尺寸封裝(CSPs)

·

板上芯片(COB)芯片互連例子采用引線鍵合的芯片互連球形鍵合兩種鍵合焊盤楔形鍵合三種鍵合（焊接、接合）方法

引線鍵合為IC晶片與封裝結構之間的電路連線中最常使用的方法。主要的引線鍵合技術有超音波接合（UltrasonicBonding,U/SBonding）、熱壓接合(ThermocompressionBonding,T/CBonding)、與熱超音波接合(ThermosonicBonding,T/SBonding)等三種。機理及特點超聲焊接：超音波接合以接合楔頭(Wedge)引導金屬線使其壓緊于金屬焊盤上，再由楔頭輸入頻率20至60KHZ，振幅20至200μm，平行于接墊平面之超音波脈沖，使楔頭發生水平彈性振動，同時施加向下的壓力。使得劈刀在這兩種力作用下帶動引線在焊區金屬表面迅速摩擦，引線受能量作用發生塑性變形，在25ms內與鍵合區緊密接觸而完成焊接。常用于Al絲的鍵合。鍵合點兩端都是楔形。鋁合金線為超音波最常見的線材；金線亦可用于超音波接合，它的應用可以在微波元件的封裝中見到。

楔形鍵合

其穿絲是通過楔形劈刀背面的一個小孔來實現的，金屬絲與晶片鍵合區平面呈30～60°的角度，當楔形劈刀下降到焊盤鍵合區時，楔頭將金屬絲按在其表面，采用超聲或者熱聲焊而完成鍵合。

超音波接合只能產生楔形接點(WedgeBond)。它所能形成的形成的連線弧度(稱為Profile)與接點形狀均小于其他引線鍵合方法所能完成者。因此適用于焊盤較小、密度較高的IC晶片的電路連線；但超音波接合的連線必須沿著金屬迴繞的方向排列，不能以第一接點為中心改變方向，因此在連線過程中必須不斷地調整IC晶片與封裝基板的位置以配合導線的迴繞，不僅其因此限制了鍵合的速度，亦較不利于大面積晶片的電路連線。

熱壓焊：金屬線過預熱至約300至400℃的氧化鋁(Al2O3)或碳化鎢（WC）等耐火材料所制成的毛細管狀鍵合頭（BondingTool/Capillary,也稱為瓷嘴或焊針），再以電火花或氫焰將金屬線燒斷并利用熔融金屬的表面張力效應使線之末端成球狀（其直徑約金屬線直徑之2倍），鍵合頭再將金屬球下壓至已預熱至約150至250℃的第一金屬焊盤上進行球形結合（BallBond）。在結合時，球點將因受壓力而略為變形，此一壓力變形之目的在于增加結合面積、減低結合面粗糙度對結合的影響、穿破表面氧化層及其他可能阻礙結合之因素，以形成緊密之結合。

球形鍵合過程1、毛細管(capillary)與焊盤(bondpad)對準，把金線末端生成半徑為