第1章
微电子装备装联工艺技术及其发展历程

1.1　微电子装备装联工艺技术

1.1.1　电子装备、微电子装备及新一代微电子装备

1. 电子装备

用来接收、变换和传输电磁信号和光信号形式的信息装置被称为电子装备。根据信号变化和信息传输特性的不同，信号和电子装备可分为以下两大类。

（1）模拟信号与模拟装备

① 模拟信号：在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。

② 模拟装备：装备中的信息是由模拟信号来传输的，则该类装备被称为模拟装备。

（2）数字信号与数字装备

① 数字信号：其信息是用若干个明确定义的离散值表示的时间离散信号，数字信号在取值上是离散的、不连续的。

② 数字装备：装备中的信息是由数字信号来传输的，则该类装备被称为数字装备。

模拟装备与数字装备的组成方法有着本质上的区别，从而也导致了其安装工艺上的差异。

自19世纪中叶起，借助电磁信号来传输信息的方法得到了广泛应用。随着信息的传输和变换方式的发展，用来传输和变换信息的装备应用范围也不断扩大，装备的构成形式也发生了很大变化。

① 早期电子装备的结构与有线通信装备相似（木箱、绝缘导线安装、用螺钉接触）。

② 19世纪30年代，由于车载和舰载无线电装备的安装需要，导致了必须用金属机架来提高强度并屏蔽个别部件。

③ 19世纪40年代为了确保坦克和机载装备不受气候的影响，又发展了密封外壳；为了防止机械过载而研制出减震器。

④ 19世纪50－60年代，要求火箭、导弹装备有最小的体积和质量，又出现了微型组件、印制电路板、半导体器件、同轴电缆和微带传输线和集成电路。

2. 微电子装备和新一代微电子装备

（1）微电子装备

在装备中，大量采用了以半导体技术为特征的微电子集成电路（IC），人们将这类电子装备称为微电子装备，以示与早期的真空管为代表的电子装备的区别。

微电子装备时代，增强了装备系统处理信息的能力。例如，实现了以数字形式处理和传输信息，这样一来就能排除一些难以小型化的元件，如LC滤波器以及含LC滤波器的其他部件，从而，不仅简化了电子装备的结构，改善了装备的参数，而且提高了信息变换的精确度和信息传输的可靠性。

（2）新一代微电子装备

当今世界信息技术飞速发展，特别是5G技术的发展，推动了微波电子学、光电子学和光子学的融合，已成为当今信息技术发展的大趋势。为便于分析问题，我们暂且将微波+光波融合的微电子装备简称为新一代微电子装备。

新一代微电子装备成功地将光学接口加载在商用平行光纤阵列和低成本的光波导上，使其可轻易地与传统的印制电路板整合为一体，解决了现有内存延时的技术瓶颈。

1.1.2　电子装备制造中的装联工艺技术

1. 装联的定义

从词义上讲，装联包含安装与连接（电气的）的意思。

（1）安装

安装是将单个组成部件和组件，制造成能满足技术要求的完整的产品过程。日本焊接协会微焊接技术认定-检定委员会将微电子安装中的接合-接续分成4个层次，图1.1展示了该安装层次。

在图1.1中，

• 层次1：半导体芯片内部的相互接合-接续；

• 层次2：半导体芯片端子与封装引脚导体间的接合-接续；

• 层次3：封装的外部导体与印制电路基板的配线导体间的接合-接续；

• 层次4：由印制电路基板相互之间的接合-接续构成系统。

随着装备的进一步复杂化，这时就要借助一些按新原理工作的功能器件：如声电器件、光电器件、场效应二极管和双极型晶体管等来提高装备的集成度，而且预期的安装密度还会进一步明显增大。装备的各个部件都处于分级的、并列的从属关系，也就是将一些结构、工艺上比较简单的最终单位（单个分立元件、集成电路、微型组件）按顺序安装成较复杂的、系统的过程。PCBA的安装如图1.2所示，机柜的安装如图1.3所示。

（2）电气连接

电气连接也称为电气安装，是将处于低结构等级的单元连接成为高结构等级的单元时，用以保证电气性能上不可分割的那一部分结构。

电气安装用于实现电性能上的不间断连接。现代微电子装备能够完成非常复杂的功能（如超级电子计算机、雷达、卫星通信、导航、电视等系统功能），这就导致了在一个电子系统的组成中包含大量各种各样的功能单元。在生产过程中，在一个PCB基板上所能达到的功能单元的集成度，往往做不到只用单个集成电路便可制成足够复杂的电子装置。因此，现代微电子装备的结构均遵循逐步复杂化的原则，把一些较简单的部件在结构上连接成一体以形成结构等级，结构等级通过电气安装结合成为一个统一的功能装置。

信号在电气安装连接线上传播时产生的失真、衰减以及交叉干扰，可能破坏电子装备的正常功能，也可能使数字装置工作不正常或改变模拟装置的参数（增益、带宽、对激励的稳定性、相移等），从而使微电子装备的可靠性强烈地依赖于电气安装的可靠性。

2. 装联推动了系统的形成

何谓系统？按词义来解释，系统是指同类数个事物按一定的关系和预定的目的组成的整体。

系统的构成是存在层次关系的，例如，一台计算机（单个事物）是不能构成系统的，而将多台计算机相互连接成网络，就能构成网络系统。在一台计算机的内部，将键盘、显示器、磁盘、中央处理器（CPU）、电源等多种装置相互安装和连接起来也构成了系统。中央处理器由CPU芯片、存储器芯片、控制器芯片等多个IC和部件相互安装和连接而成，也构成了系统。

在一台电子装备或装置的开发过程中，系统设计者把这些IC、元器件和部件组合起来，赋予必要的功能、特性、价值等各种各样的评价要素，使其能构成为一个性能优良的工作系统。显然，所进行的这些工作大部分都属于装联工作的内容。