第一章%20%20电子封装设备概论

• 广义的封装说法强调了所谓一体化电子制造概念，即把电 子制造过程用一个术语概括，便于建立全局观念，也有利 于不同行业共性技术的交流，以及不同行业的融合与贯通。 但是，“封装”（package）一词并不能涵盖电子制造中 众多学科的内涵，也无法概括多种多样的技术特点，因而 多层级封装只是一个学术概念。 • 实际产业界通行的仍然是狭义的封装与组装 ① 封装专指以集成电路代表的元器件内部电气互连引线 与外包封与形式； ② 组装专指的是由电子物料到产品整机的实现过程，一 般主要指的是印制电路板组件的安装连接，即通常所 说的板级组装。
图1.8 电子制造物料与装备体系
• 在电子物料中，材料处于最前端，它既是制造包括集成电 路在内的各种电子元器件和承载元器件的电子基板的原料， 也是构成电子整机必不可少的各种功能件和结构件的原料， 同时还是元器件、基板以及整机制造工艺中不可或缺的工 艺材料的原材料。 • 电子元器件是电子产品的基本组成单元，其技术水平和可 靠性直接决定电子产品的质量与性能，是电子信息产业的 基础支撑产业。电子元器件无处不在，不论是日常的消费 电子产品还是工业用电子设备，都是由基本的电子元器件 构成的。 • 电子元器件介于电子整机行业和原材料行业之间，其特点 是是所生产的产品与最终产品之间无直接的对应关系，参 与多个价值链的形成。
电子封装
电子组装
电子产品
图1.5
电子封装与级
在学术界更倾向于把封装与组装统一到一个名称下，而用 层级来划分不同领域的技术内容。 由于在电子制造技术中材料科学的先导性和基础性，从事 电子材料研究及电子封装工作的学术领域以“电子封装” 作为封装与组装的统称，并且分为多个层级。 把封装与组装统一到“多级封装”名称下的封装概念，可 以称为广义的电子封装，相应的元器件封装就是狭义的电 子封装概念了。
• 电子基板与电子元器件一样，是电子产品子产品的基本组 部分，其技术的水平直接决定电子产品的结构、性能和组 装制造的效率，电子产品的每次升级换代，无论是微小型 化还是多功能化，都离不开电子基板技术的支撑。 • 电子制造基础硬件中，除了物料之外就是装备。 • 电子制造装备跨越整个电子产业链，无论前端的电子材料 制备、中间的元器件和基板制造，还是最终的整机产品组 装制造，都离不开相应的制造装备。
图1.14
大幅丝网印刷机
3．电子元件及机电组件生产装备
• 包括线束线缆设备，电阻器、电容器和电感器制造设备， 敏感组件制造设备，传感器制造设备，晶体振荡器制造设 备，滤波器制造设备，频率器件制造设备，磁性材料及元 件制造设备，电子变压器制造设备，开关制造设备，接插 件制造设备，微特电机制造设备，继电器制造设备，电声 器件制造设备，电池生产设备，陶瓷材料设备，线圈制造 设备等。
学习了解电子制造技术、电子封装与组装技术是基础。
• 电子封装与组装在不同领域有不同含义。 • 在工业界，封装与组装分属两个不同的行业，电子封装是 半导体制造行业中的后端工序，是半导体三大独立组成分 行业之一。 半导体制造包含：制造、封装、测试 • 而组装则广泛分布于各种整机和系统制造领域，特别是近 年来，随着电子信息产业规模越来越大而快速发展起来的 电子制造服务(electronic manufacturing services， EMS)企业，这个过去被称为代工的行业，更是专业从事电 子组装制造，在电子信息产业链中，承担从电子制造物料 （主要包括集成电路、无源元件、印制电路板以及其他辅 料）到产品整机的制造环节。 代工企业：如富士康等
1．半导体制造装备
（1）硅单晶制造设备，包括硅单晶制造设备、圆片整形加 工研削设备、切片设备、取片设备、磨片设备、抛光设备 和各种检验设备等； （2）电路设计及CAD设备，包括计算机系统、各种输入输出 设备和各种软件等； （3）制板设备，包括图形发生器、接触式打印机、抗腐剂 处理设备、腐蚀设备、清洗备和各种检验设备等。
电子 制造
电子零 部件 电子系统设计
IC设计/制造
PCB 制造
电子组装
销售/ 服务
回收 循环
设备/材料 物流供应链
制造 系统
图1.1 电子制造系统
电子封装或组装
图1.2 电子产品的典型制造过程
图1.3 电子产品的物理实现过程
电子基础制造
其他元器件制造 微电子制造 PCB制造 电子材料料
真空电子器件 半导体分立器件 光电器件
（4）芯片制造设备，包括光刻设备（曝光设备、涂膜、显影设 备、腐蚀设备等）、清洗设备、掺杂设备（离子注入设备、 扩散炉）、氧化设备、CVD（化学气相沉积）设备、溅射设备、 各种测试检测分析评价设备等；
（5）封装与测试设备，包括组装设备（划片设备、键合设备、 塑封设备、老化设备）、试验设备（验漏、测试、数据处理 设备、环境试验设备）等；
第一章 电子封装设备概论
主要内容
介绍电子制造与电子封装的基本概念 电子封装层级 电子制造过程与主要设备类型 电子制造关键设备及技术（光刻机、贴片机） 现代电子制造装备的发展趋势与特点
1.1
电子制造与电子封装基本概念
1.电子制造 电子制造（electronic manufacture） 有广义和狭义之分。 广义的电子制造包括电子产品从市场分析、经 营决策、整体方案、电路原理设计、工程结构 设计、工艺设计、零部件检测加工、组装制造、 质量控制、包装运输、市场营销直至售后服务 的电子产业链全过程，也称为电子制造系统或 大制造观念。
4．印制电路板生产装备
• 包括基板加工设备，压合设备，钻孔成形设备，湿制程设 备，丝印设备，检测设备，电镀设备，喷锡设备，压膜机， 曝光机，显影机，制板机，烘烤制程自动线以及环境工程 设备等。
5．组装及整机装联设备
• 包括SMT焊膏印刷机，喷涂设备，点胶设备，自动插件机， 贴片机，接驳台，上下机，回流焊机，波峰焊机，炉温测 量仪，清洗设备，返修设备，自动光学检测设备（AOI）， 自动X射线检测设备（AXI），环境设备，各种辅助设备 （零件编带机、钢网清洁机、焊膏搅拌机、锡膏测试仪、 元器件及印制电路板烤箱、锡渣还原机等），氮气设备， 电缆加工及检测设备等。
图1.9 单晶硅锭生长的提拉法工艺 （a）晶体提拉之前的初始装置 （b）晶体提拉形成晶棒的过程
图1.10 硅锭成形的外圆磨削操作 （a）一个可实现对直径和外圆控制的外圆磨削 （b）圆柱体上磨削出的一个平面
图1.11 采用金刚石砂轮的切割锯切硅晶片
图1.12 硅晶片处理的两个步骤 （a）轮廓磨削以便磨圆硅晶片边缘 （b）表面抛光
1.2 电子制造物料与装备体系
• 电子制造物料与装备是电子制造产业的硬件基础，是制造 各种满足人类社会需求的电子产品的物质前提，电子制造 物料包括电子产业链最前端的电子材料、中间产品电子元 器件以及实现电子元器件组装连接的基板。 • 电子制造装备指制造过程中使用的各种机器设备、工装夹 具和工具等，电子制造物料与装备共同构成电子制造产业 的硬件基础。
（6）半导体工程设备，包括净化室、净化台、晶圆标准机械接 口箱、自动搬送设备和环境控制设备（超净水制造、废气处 理、废液处理、精制设备、分析设备、探测器）等。
等离子体刻蚀机
光刻机
图1.13
刻蚀与光刻机
2．电真空器件及平板显示器生产装备
• • • • • • 显像（显示）管制造设备； 真空开关管制造设备； 液晶显示器件制造设备； PDP制设备； VFD（真空荧光显示屏）制造设备； 电子枪制造设备等。
晶圆 芯片 一级封装（多芯片模具） 单芯片
二级封装（PCB）
三级封装（母板）
图1.6 电子封装的层级
目前学术界比较认同的是3个层级的封装说法，其中： • 第一层级即芯片级封装，与企业界术语是一致的，主要指 集成电路封装但不限于集成电路，各种元器件包括无源元 件和功能模块或各种功能部件都需要外封装。芯片级封装 在半导体产业中由于直接影响到芯片自身性能的发挥，并 且涉及与之连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，其 重要性越来越受到认可。 第二层级即板卡级封装，在企业界普遍认可的是“组装” 这个术语；主要指印制电路板组装但不限于印制电路板， 其他电子零部件，例如显示器面板、手机、数码相机部件 等都是通过第二层级电子封装来完成最后的装配。板卡级 封装目前以表面组装(SMT)为主、通孔组装(THT)为辅，是 电子制造整机和EMS厂商的技术核心。
集成电路芯片 零级封装
芯片级封装 一级封装 元器件 二级封装 印制电路板
框架 三级封装
系统 四级封装
图1.7
大规模电子系统中的封装层级
（2）电子组装 电子组装技术的定义
• 电子组装技术（electronic assembly technology）也称为 电子装联技术或电子装配技术，主要指由电子元器件到电子 产品整机的物理实现的全过程，也就是根据电路原理图，将 电路中各种电子元器件、零部件以及印制电路板等原材料进 行安装互连、检测调试，使其成为具有预定功能和设计性能 的电子产品或系统的一种制造技术。
• 我国已经成为电子制造大国，成为众人皆知的电子产品世 界工厂。 • 但是我国庞大的电子制造产业所用制造装备，相当大的比 例依赖进口，特别是高端装备，例如高精度光刻机、SMT 组装贴片机以及光电子装备等对产业发展起关键性作用的 设备，完全依赖进口。 • 现代电子制造装备横跨电子、机械、自动化、光学、计算 机等众多学科，涉及精密视觉检测、高速高精度控制、精 密机械加工、计算机集成制造等核心技术，是典型的机光 电一体化高科技领域。 现在我国IC产业的高速扩张、电子组装制造业持续高速发 展以及光伏和半导体照明迅速兴起，为电子制造装备带来了 广阔的发展空间。 具有自主知识产权、国际先进水平的电子制造装备必将在 中国大地开花结果。
• 第三层级即整机级封装，在企业界一般称为整机组装、整 机装连或整机装配，通常以非永久性连接技术与机械结构 安装为主，将各种电路板卡和零部件安装到母板或机壳、 机箱等外壳中，进而完成整组装机制造。对于大部分电子 产品而言，整机级封装核心主要在于系统设计和各种零部 件质量检测、标准化和工艺管理。