微组装技术（Mcroelectronics Packaging Technology，MPT或MAT）被称为第五代组装技术，它是基于微电子学、集成电路技术、计算机辅助设计与工艺系统发展起来的当代最先进的组装技术。MPT实质上是高密度立体组装技术，是在高密度多层互连电路板上，用焊接和封装工艺把微型元器件（主要是高集成度电路）组装起来，形成高密度、高速度和高可靠性立体结构的微电子产品（组件、部件、子系统或系统）的综合性技术。20世纪70年代以来，集成电路进入高速发展时代，大规模（LSI）、甚大规模（VLSI）、超大规模（ULSI）集成电路的不断发展，一片IC取代几十片、几百片乃至上千片中小规模IC已不鲜见。芯片所占的面积很小，而外封装则受引线间距的限制，难以进一步缩小。以当代成熟的QFP封装的引线间距 0.3 mm而言，其封装效率也只能达到 8%（封装效率为芯片面积与封装面积之比）。由于功能增强，IC的对外I/O引线还在增加，就单片IC芯片而言，若引线间距不变，I/O引线增加1倍，封装面积将增加4倍，如果进一步减小引线间距，不仅技术难度极大，而且可靠性将降低。因此，进一步缩小体积的努力就放在芯片的组装上。芯片组装，即通常所说的裸芯片组装。将若干裸芯片组装到多层高性能基片上形成电路功能块乃至一件电子产品，这就是微组装技术。

微组装技术是一种综合性的电装技术。多层布线电路板和载体器件是微组装技术的两大支柱，其核心包括SMT和片式元器件。因此，SMT的发展与应用促进了MPT的发展。

MPT中使用的片式元器件是载体器件。这种器件的设计和制造都要求有很高的技术。载体器件是把有关器件（主要是大规模、甚大规模集成电路芯片）先装在具有特殊引出结构的载体上，制成合格的微电子组件。载体引出的基本要求是所有引出端的焊接面必须在同一个平面上，并且焊接组装条件都相同。

根据载体的材料和结构，载体器件有以下几种适用于 MPT，包括塑料有引线芯片器件（PLCC）、塑料方形扁平封装器件（PQFP）、陶瓷无引线芯片器件（LCCC）、载带自动焊器件（TAB）、网阵式插脚器件（PGA）。

1.板载芯片技术

板载芯片技术（Chip On Board，COB）是芯片组装的一门技术，是将芯片直接粘贴在印制电路板上用引线键合，达到芯片与印制电路板的电气连接，然后用黑胶包封，如图7−28所示。

图7−28　板载芯片技术

1）板载芯片技术概述

板载芯片技术也叫IC软封装技术、裸芯片封装或绑定（Bonding），各公司的叫法可能不一样，但意思都是一样的。芯片粘贴（Die Bond，DB）也称为芯片黏结或固晶。引线键合（Wire Bond，WB）也称为引线互连绑定、绑线或打线。板载芯片技术（COB）主要焊接方式有以下几种。

（1）热压焊。

利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起，其原理是通过加热和加压力，使焊区（如铝）发生塑性变形的同时破坏压焊界面上的氧化层，从而使原子间产生吸引力达到键合的目的。此外，当两金属界面不平整加热加压时，可使上下的金属相互镶嵌。此技术一般用于玻璃板上芯片（Chip On Glass，COG）。

（2）超声焊。

超声焊是利用超声波发生器产生的能量，通过换能器在超高频的磁场感应下，迅速伸缩而产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力，于是劈刀在这两种力的共同作用下，带动铝丝在被焊区的金属化层（如铝膜表面）迅速摩擦，使铝丝和铝膜表面产生塑性变形，这种形变也破坏了铝层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的结合，从而实现焊接。主要焊接材料为铝线，焊头一般为楔形。

（3）金丝球焊。

球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术，因为现在的半导体封装二极管、三极管和CMOS封装都采用金线球焊，而且它操作方便、灵活、焊点牢固（直径为25 μm金丝的焊接强度一般为0.07～0.09 N/点），无方向性焊接，速度可高达15点/秒以上。金丝球焊也叫热压焊或热压超声焊，主要键合材料为金线，焊头为球形，故称球焊。

2）板载芯片技术制作工艺流程

（1）粘芯片。用点胶机在印制电路板的IC位置上涂适量的红胶（或黑胶），再用防静电设备（真空吸笔或镊子）将IC裸片正确放在红胶或黑胶上。

（2）烘干。将粘好的裸片放入热循环烘箱中烘干，也可以自然固化（时间较长）。

（3）引线键合（绑定、打线）。采用铝丝焊线机将晶片与印制电路板上对应的焊盘进行铝丝桥接，即COB的内引线焊接。

（4）前测。使用专用检测工具（按不同用途的COB有不同的设备，简单的就是高精密度稳压电源）检测COB板，将不合格的板子重新返修。

（5）点胶。采用点胶机用黑胶根据客户要求进行外观封装。

（6）固化。将封好胶的印制电路板放入热循环烘箱中，根据要求可设定不同的烘干时间。

（7）后测。将封装好的印制电路板再用专用的检测工具进行电气性能测试，区分好坏优劣。

2.倒装芯片技术

倒装芯片（FC）技术在电子装联和微电子封装中越来越受到重视，采用FC技术的集成电路（IC）封装是最小的。倒装芯片技术将直接用于印制电路板的组装，是下一代高密度电子组装的主导技术。

1）倒装芯片技术概述

其实，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合连接方式（WB）与植球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接的芯片，其电气面朝上，而倒装芯片的电气面朝下，相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”，如图7−29所示。

图7−29　倒装芯片技术

（a）电气面朝上；（b）电气面朝下

倒装芯片在1964年开始出现，1969年由IBM发明了倒装芯片的C4（Controlled Collapse Chip Connection，可控坍塌芯片连接）工艺。过去只有比较少量的特殊应用，近几年倒装芯片已经成为高性能封装的互连方法，它的应用得到比较广泛、快速的发展（图7−30）。目前倒装芯片主要应用在Wi-Fi、SiP、MCM、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器以及RFID等方面。

图7−30　倒装芯片发展历史

与此同时，它已经成为小型I/O应用有效的互连解决方案。随着微型化及人们已接受SiP，倒装芯片被视为各种针脚数量低的应用的首选方法。从整体上看，其在低端应用和高端应用中的采用，根据TechSearch International Inc. 对市场容量的预计，焊球凸点倒装芯片的年复合增长率（CAGR）将达到31%。

倒装芯片应用的直接驱动力来自其优良的电气性能，以及市场对终端产品尺寸和成本的要求。在功率及电信号的分配、降低信号噪声方面表现出色，同时又能满足高密度封装或装配的要求。可以预见，其应用会越来越广泛。

2）倒装芯片的特点

（1）最小的体积。

采用倒装芯片技术可以有效地减少线焊工艺所占的空间，使得组装的体积最小。在微电子封装中，表面贴装器件的体积比双列直插封装（DIP）小，芯片级封装（CSP）的体积就更小，倒装芯片技术直接进行芯片的组装，体积可谓最小。

（2）最低的高度。

倒装芯片组装将芯片用再流或热压方式直接组装在基板或印制电路板上，因此，它的组装高度是所有电子装联中最低的。方形扁平封装的高度不低于3.10 mm，BGA的高度不高于2.336 mm，CSP的高度只有1.40 mm，倒装芯片组装高度比CSP还低。

（3）更高的组装密度。

倒装芯片技术用于芯片封装可增大集成度，减小体积，而倒装芯片技术用于印制电路板组装则可提高印制电路板的组装密度。倒装芯片技术可以将芯片组装在印制电路板的两个面上，这样将提高印制电路板的组装密度。

（4）更低的组装噪声。

由于倒装芯片组装将芯片直接组装在基板或印制电路板上，就组装噪声而言，倒装芯片组装产生的噪声低于BGA和SMD。

（5）不可返修性。

倒装芯片组装是在基板或印制电路板上进行芯片的直接组装，因此，组装一旦完成，形成连接后就无法进行返修。

3.多芯片组件技术

微组装技术是20世纪90年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术的基础上发展起来的新一代电子组装技术。微组装技术是在高密度多层互连基板上，采用微焊接和封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片，形成高密度、高速度、高可靠性的三维立体机构的高级微电子组件的技术。多芯片组件（Multi Chip Module，MCM）就是当前微组装技术的代表产品。(www.daowen.com)

多芯片组件是在高密度多层互连基板上，采用微焊接、封装工艺将构成电子电路的各种微型元器件（IC裸芯片及片式元器件）组装起来，并利用它实现芯片间互连的组件，形成高密度、高性能、高可靠性的微电子产品（包括组件、部件、子系统、系统）。它是为适应现代电子系统短、小、轻、薄和高速、高性能、高可靠、低成本的发展方向而在印制电路板和表面组装技术的基础上发展起来的新一代微电子封装与组装技术，是实现系统集成的有力手段。

多芯片组件已有十几年的历史，多芯片组件组装的是超大规模集成电路和专用集成电路的裸片，而不是中小规模的集成电路，技术上多芯片组件追求高速度、高性能、高可靠和多功能，而不像一般混合IC技术以缩小体积、质量为主。

比起将元件直接安装在印制电路板上，多芯片组件具有一定的优势。

（1）性能高，如芯片间传输路径缩短（减少了信号延迟）、低电源自感、低电容、低串扰以及低驱动电压。

（2）小型化，由于多芯片组件的小型化和多功能的优点，系统电路板的I/O数得以减少。

（3）广泛应用于专用集成电路，尤其是生产周期短的产品。

（4）主要使用廉价的硅芯片，允许混合的半导体技术，如Si、Ge或GaAs。

（5）混合型结构，包括以芯片级或球栅阵列封装的形式进行表面安装的设备以及离散片式的电容器和电阻。

（6）由于封装体内芯片有限，可保证所封装产品有较高的成品率。

（7）通过缩短元件和芯片间的互连尺寸，提高产品可靠性。

（8）对各种两级互连有良好的适应性。引线框架方案可以提高连接点的性能，并使升级模块化。

（9）增加了许多新功能。

虽然使用多芯片组件有很多优势，但它仍然存在不足之处。阻碍其普遍应用的主要问题是元件如何保持各自的成品率。虽然它的行情看涨，但要提高大部分元件的成品率仍是任重而道远。另一个问题是成本，最新的叠层基片多芯片组件技术有较低的制造成本。

4.三维立体封装技术

目前，半导体IC封装的主要发展趋势为多引脚、窄间距、小型、薄型、高性能、多功能、高可靠性和低成本，因而对系统集成的要求也越来越迫切。借助由二维多芯片组件到三维多芯片组件技术，实现WSI的功能是实现系统集成技术的主要途径之一。三维封装技术是现代微组装技术发展的重要方向，是微电子技术领域跨世纪的一项关键技术。

三维立体封装是近几年来正在发展着的电子封装技术。各类 SMD的日益微小型化、引线的细线和窄间距化，实质上是为实现X−Y平面（二维平面）上微电子组装的高密度化；而三维则是在二维的基础上，进一步向 Z方向发展的微电子组装高密度化。实现三维，不但使电子产品的组装密度更高，也使其功能更多、传输速度更高、功耗更低、性能更好，并且有利于降低噪声、改善电子系统的性能，从而使可靠性更高等。三维立体封装主要有3种类型，即埋置型三维立体（图7−31）、有源基板型三维立体（图7−32）和叠层型三维立体（图 7−33）。

图7−31　埋置型三维立体

图7−32　有源基板型三维立体

图7−33　叠层型三维立体

（a）倒扣式接合；（b）树脂填充；（c）磨球；（d）制作叠层凸点；（e）叠层

焊料凸点埋置型三维立体封装出现于20世纪80年代，它不但能灵活、方便地制作成埋置型，而且还可以作为IC芯片后布线互连技术，使埋置IC的压焊点与多层布线互连起来，可以大大减少焊接点，从而提高电子部件封装的可靠性。

有源基板型三维立体封装就是把具有大量有源器件的硅作为基板，在上面再多层布线，顶层再贴装SMC/SMD或贴装多个LSI，形成有源基板型立体三维多芯片组件，从而达到WSI所能实现的功能。

叠层型三维立体封装是将LSI、VLSI、二维多芯片组件甚至WSI或者已封装的器件，无间隙地层层叠装互连而成。这类叠层型三维立体封装是应用最为广泛的一种，其工艺技术不但应用了许多成熟的组装互连技术，还发展了垂直互连技术，使叠层型三维封装的结构呈现出五彩缤纷的局面。

三维立体封装是在垂直于芯片表面的方向上堆叠，互连两片以上裸片的封装。其空间占用小、电性能稳定，是一种高级的系统级封装（SiP）技术。三维立体封装可以采用混合互连技术，以适应不同器件间的互连，如裸片与裸片、裸片与微基板、裸片与无源元件间可根据需要采用倒装、引线键合等互连技术。在传统的芯片封装中，每个裸片都需要与之相应的高密度基板互连，基板成本占整个封装器件产品制造成本的比例很高。如BGA占40%～50%，而倒装芯片用基板占比更高，达70%～80%。三维立体封装内的多个裸片仅需要一个基板，同时由于裸片间大量的互连是在封装内实现的，互连线的长度大大减小，提高了器件的电性能。三维立体封装还可以通过共用I/O端口来减小封装的引脚数。概括地说，三维立体封装的主要优点是体积小、质量轻、信号传输延迟时间短、低噪声、低功耗，极大地提高了组装效率和互连效率，增大了信号带宽，加快了信号传输速度，具有多功能性、高可靠性和低成本性。例如，Amkor公司采用裸片叠层的三维封装，比采用单芯片封装节约30%的成本。

知识梳理

（1）表面贴装器件的贴焊工艺技术特点与发展过程。

（2）表面贴装技术工艺流程。主要过程包括印制（或点胶）、贴装（固化）、回流焊接、清洗、检测、返修等步骤，并对其中每个步骤进行介绍。

（3）锡膏印制机。锡膏印制机结构与工作过程，印制质量分析与对策。

（4）贴片机。工作方式和类型、主要结构、主要指标，贴片工序对贴装元器件的要求，SMT工艺品质分析。

（5）再流焊接机。再流焊工艺的特点与要求：主要结构和工作方式、种类与加热方法；新一代再流焊设备及工艺，各种再流焊设备及工艺性能比较，再流焊质量缺陷分析。

（6）任务实施过程。印制电路板贴片再流焊接工艺设计，电子元器件检测与准备，表面贴装电子元器件的装贴，再流焊的实施，装接后的检查测试。

（7）表面贴装产品检测装置。自动光学检测（AOI）、X射线检测仪、针床测试仪、飞针测试仪。

（8）微组装技术。板载芯片技术、倒装芯片技术、多芯片组件技术、立体封装技术。

思考与练习

（1）焊接片状元器件时，对焊接温度和焊接时间有什么要求？拆卸片状元器件应注意哪些问题？卸下来的片状元器件为什么不能再用？

（2）请叙述手工焊接SMT元器件与焊接THT元器件有哪些不同。请说明手工焊接贴片元器件的操作方法。手工焊接SMT元器件时怎样设定电烙铁的温度？

（3）焊接SMT元器件时应注意哪些问题？如果想要拆焊晶体管和集成电路，应采用什么方法？如何进行？

（4）什么叫再流焊？主要用在什么元件的焊接上？请总结再流焊的工艺特点与要求。

（5）请叙述再流焊的工艺流程和技术要点。请叙述气相再流焊的工艺过程。

（6）什么叫AOI检测技术？AOI检测技术有哪些优点？AXI检测设备有哪些种类？它为什么检验BGA等集成电路的焊接质量？

（7）请说明焊接残留污物的种类，以及每种残留污物可能导致的后果。请说明清洗溶剂的种类。选择清洗溶剂时应该考虑哪些因素？免清洗焊接技术有哪两种？请详细说明。

（8）概括再流焊工艺过程。叙述再流焊操作软件中需要设置的参数。

（9）概括贴片机各个组成部件及其工作原理。

（10）叙述贴片机程序编制流程。