现代电子装联工艺可靠性分析“开元ky88com官网”

本文摘要：一、电子装联工艺的变迁和发展1．电子装联工艺的基本概念电子装联工艺是将包含产品的各单个组成部分（元器件、机电部件、结构件、功能组件和模块等）人组并点对点做成能符合系统技术条件拒绝的原始的产品过程，也有人习惯将电子装联工艺称作电子装配技术。

一、电子装联工艺的变迁和发展1．电子装联工艺的基本概念电子装联工艺是将包含产品的各单个组成部分（元器件、机电部件、结构件、功能组件和模块等）人组并点对点做成能符合系统技术条件拒绝的原始的产品过程，也有人习惯将电子装联工艺称作电子装配技术。电子装联工艺过程一般来说分两步。第一步已完成内部装配，即解决问题构成各个结构成分和电路元器件布置等的基本问题；第二步已完成外部装配，即根据最佳符合各个装置和仪器的用于条件及技术拒绝来解决问题成形、装配中的一般问题。

电子设备系统是由若干组装单位逐步累积而出的结构。制作最简单的组装单位的根基是基础元件（电路元件），它是低于的、不可分割的结构等级。

基础元件还包括标准化电路元件或分立元件。在微电子设备中，微型电路也是基础元件。组装等级由装配单位的尺寸和复杂程度密切相关。

在使用分立元件的电子设备中，结构的大于组装单位是非常简单的部件、小单元、组件或典型的更换元件，把这样的组装单元称作第一结构层次。当利用微型电路作为基础元件时，第一级结构层次的功能将深感变得复杂。微型电路的集成度可以使装配的结构等级显得更高。由第一结构层次的部件组装的分单元、单元是第二结构层次。

而第三结构层次等包含单一单元或还包括分单元、单元的机架。装有在设备的机架（机柜、机箱）上的一组单元，单一单元或一组加装好的机架之后包含装置，它是最低组装单位即第四结构层次。2．电子装联工艺的变迁和发展电子设备结构的发展分成5个阶段，或正如人们所说的5代，每一代的特点都反映在基础元件的结构上。

在评价电子设备结构的质量或可靠性时，基础元件沦为决定性的因素。●第一代是用电子管和榫接电路元件做成的电子设备；●第二代是用半导体器件、小型榫接元件和印制布线做成的电子设备；●第三代是用经PCB了的集成电路和印制电路板做成的电子设备；●第四代是用高集成度的微型电路组件或模块、多层电路板及HDI－PCB做成的电子设备；●第五代是在内藏无源元件（R、C、L）和有源芯片的基板上再行贴装简单的SoC、SiP、MCM等系统芯片包在包含的新PCB。电子设备装配的完备不应看作是电子技术和工业生产技术水平所反映的质量发展史，电话、电报通信技术，尤其是无线电通信技术则不应看作是现代无线电电子技术的起源，而首批工业用真空三极管的经常出现可称作普遍普及电子设备的起点。

20世纪30年代大批生产的无线电通信和无线电广播用的无线电发送设备中，所使用的无线电元件的外形尺寸大，它们之间用单股铜导线展开电气加装，而元件的相同和认识相连在多数情况下是用消声器零件来构建的。零件在底盒内随便布置和电子管的中空加装不拒绝对元件采行专门的风扇措施。当时的装配结构有两大缺点，即工艺性劣及可靠性较低。

20世纪40年代“指型”电子管、“橡实型”电子管和“弹丸型”电子管的经常出现，装配密度又取得了显著的提升。在成批生产电阻器（制备可变电阻器、金属膜相同电阻器）和电容器（星型的和相同的金属化纸介电容器与陶瓷电容器）的同时，工业部门还掌控了一些加装电气元件（信号灯头、熔丝座、加装板、相连接线板等）的生产。此时，改良工业用无线电元件（提高参数及增大外形尺寸）经常是完备电子设备装配的根本途径，但尺寸的增大是靠提升电路元件的布置密度来构建的。

电子设备复杂性的日益减少，使设备中的电子管和电路元件数目过分地激增。对于一个中等复杂程度的电子系统而言，设备的体积占到数十个机架，总重量约数吨，而功耗约数千瓦。

它消耗相当大的电能，使设备的内部痉挛减小，使所用风扇系统的重量和体积皆已无法适应环境电子设备装配密度的必须，这对系统的结构设计或许造成了不能解决的艰难。因此，设备的电路和结构设计的完备性要求了整个设备系统的工作可靠性。

更进一步拒绝增大体积，增大重量，降低功耗，是提升可靠性和提高工艺性的显然决心。20世纪50年代随着大批量生产半导体器件和印制板加装技术的全面掌控，微小型化出了电子设备装配发展的新方向。20世纪60年代薄膜技术和半导体材料的发展为制作厚膜和薄膜集成电路及半导体集成电路奠下了基础。

随着微电子学的发展，结构设计方法也再次发生了变化。假如在制作第一、二代电子设备时为了增大设备的外形尺寸、减低重量和降低成本而力求增加各级电路、电子管和其他电路元件的数量，那么，在第三代和第四代电子设备中则力求无限制地减少等效电路元件的数量，也就是无限制地提升集成度。因为电子元件的外形尺寸已大大增大，重量和比较成本已明显减少，而它们的可靠性也获得了显著的提升。二、现代电子装联工艺可靠性问题的明确提出现代电子装联工艺可靠性问题是预示着微电子PCB技术和高密度装配技术的发展而大大累积一起的。

（1）在由大量并存元器件包含的分立电路时代，电路的功能较为单一。产品预期的主要技术性能和可靠性特性主要由设计的质量和完备性所要求。产品的生产可玩性也并不很高，由于装配的空间较为大，焊点形状较为单一，焊点数也不是过于多，因此，装联工艺可靠性并不占据尤其的地位。

（2）随着电子产品复杂程度的大大减少，各种小型化元器件和小规模的IC器件在各种类型的收音机、录音机、录放像机、通信机、雷达、制导系统、电子计算机及宇航掌控设备等中大量应用于。因此，此阶段电子设备复杂程度的显著标志是所需的元器件数量大量减少。一般说来，电子设备所用的元器件数量就越多，其可靠性问题就就越相当严重，为确保设备或系统能可信地工作，对元器件可靠性的拒绝就十分引人注目、十分严苛。

（3）随着世界经济发展的国际化，电子设备的用于环境日益严苛，从实验室到野外，从热带到寒带，从陆地到深海，从高空到宇宙空间，遭受着有所不同的环境条件的考验。温度、湿度、海水、盐雾、冲击、振动、宇宙粒子、各种电磁辐射等对电子元器件所包含的综合影响造成产品过热的可能性减小。因此，设计修整技术更加最重要，甚至包含了保证电子设备系统在严苛环境中工作可靠性的关键因素。（4）随着现代半导体PCB技术的日新月异的发展，多芯片PCB（SoP）、系统级PCB（SiP）、多芯片模块（MCM）等的应用于，使得电子设备技术全面迈入了第四代，如图1右图。

图1各种超大规模的模组化芯片PCB技术不断涌现，诸如：①SoC：把多种芯片的电路构建在一个大的硅圆片上，造成由单个小芯片级PCB改向硅圆片级PCB。②SiP：把多个芯片置放单一PCB中，包含系统级PCB。

各芯片通过三维填充PCB构建在一起，构建较高的性能密度和集成度。SiP还容许无源元件和其他元件（如滤波器和连接器）在同一个PCB中构建。

SiP的最终目标是在一个PCB体内装配进系统的整个功能，这样不利于小型化、薄型简化和轻量化，具备研发周期短，交货期慢等特点，提升了电气特性，减少了噪声和耗电量，如图2右图。图2③MCM：20世纪90年代初随着LSI设计技术和工艺技术的变革，以及深亚微米技术和微细化芯片尺寸等技术的应用于，将要多个LSI芯片组装有在一个多层布线的外壳内，构成了MCM多芯片PCB器件。近年来，MCM技术通过FOP（填充PCB）的形式，将2～4个裸片装有在球栅阵列PCB基板上，经常出现了多芯片模块（MCM），如图3右图。图3过去所说的MCM是所指在一块基板上装配多个半导体芯片和元器件，近些年来半导体制造商开始由供应装配了多个芯片的存储器改向供应装配有多个芯片的SiP。

SoC、SiP、MCM模组化微芯片技术的应用于，造成了传统的电路设计技术再次发生了历史性的变革，设计和工艺的技术界限更加模糊不清了。传统的电路设计技术功能更加发育（未来的电路设计功能更好地是搭配适合的芯片级功能模块及其接口类型），而微装配工艺技术却获得了很大的发展。未来电子装备的可靠性更加各不相同微电子装配工艺技术的发展。

例如：●SiP用于的技术要素最基本的是CSP中所用于技术的人组。●作为新的重新加入的要素技术是芯片薄化加工技术、芯片积层技术、芯片积层中的点对点技术。●SiP加装形态目前还包括：在印制板上平面配备芯片的形态（主要用于BGA），在印制板上必要积层芯片的形态（主要用于CSP），最近也用于了倒装芯片相连方式。●芯片填充最不具经济效益的是4～5个芯片的填充。

“聚合物中芯片”工艺不使用金丝球焊，而是将芯片减薄后映射到薄膜或聚合物基中，如图4右图。图4（5）电子设备的加装密度大大减少。

从第一代电子管转入第二代晶体管，后又自小、中规模集成电路转入到大规模和超大规模集成电路，电子产品正朝小型化、微型化，立体化PCB方向发展。其结果造成装置加装密度的大大减少，从而使内部温升升高，风扇条件好转。而电子元器件将随环境温度的升高，减少其可靠性，因而元器件（尤其是功率芯片）的可靠性引发了人们的很大推崇。

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