标准规范下载简介
GBT51198-2016 微组装生产线工艺设计规范.pdf5.3 工艺设备布置 （60 厂房设施及环境 （61) 6.2厂房土建 （61） 6.3 消防给水及灭火设施 (61) 6.6 空气净化系统 （62） 6.7 信息与安全保护 （62） 6.10 大宗气体系统 62
1.0.2微组装技术采用微焊接等工艺技术将各种半导体集成电
路芯片和微型化片式元器件组装在高密度多层互联基板上，形成 高密度、高速度、功能集成、高可靠的三维立体机构的高级微电子 组件，可实现电子系统的小型化、轻量化、高性能、多功能和高可
靠性。 在军事方面，微组装技术已成为相控阵雷达T/R（发射/接 收组件*造、电子战设备微波集成组件*造、多芯片组件技术的 核心技术，广泛应用于雷达、通信、电子对抗、*导等产品领域；在 民用方面，微组装技术及其应用产品广泛涉及计算机、无线通信、 汽车电子、医药电子、娱乐信息等应用领域。 本规范中所指的微组装包括组装、封装两部分工艺，组装是在 基板上贴装芯片等元器件并完成各元器件与基板间的电学互连的 工艺操*与检验，封装则是将基板或在基板上已完成元器件组装 的电路功能衬底安装到封装外壳中，并实现气密封盖的工艺操* 与检验。
工艺： (1)环氧粘片：用环氧树脂胶将芯片、片式电阻器、片式电容 器、微型元器件等粘贴在基板的表面上。 （2)基板粘接：用绝缘环氧树脂膜或绝缘环氧树脂胶将基板或 在基板上已完成元器件组装的电路功能衬底安装到封装外壳中。 （3）再流焊：用软合金焊料膏（如Sn63Pb37焊膏）将元器件焊 接在基板上（表面组装）或将基板焊接在外壳底座中。 （*）共晶焊：用合金焊料片（如Au80Sn20焊片）将元器件焊接 在基板上或将基板焊接在外壳底座中。 （5）引线键合：芯片与基板间的内引线键合及基板与外壳引脚 间的外引线键合。 （6）倒装焊：将凸点IC芯片功能面朝下倒扣装连在基板上。 （7）平行缝焊：利用大电流脉冲熔封外壳盖板到底座上，实现 产品的气密封装。 （8）激光封焊：利用高能量激光束熔封外壳盖板到底座上，实 现产品的气密封装。 （9）涂覆：用绝缘或聚合物胶保护元器件或实现加固。 （10）固化（烘于）：*为粘接、涂覆等工艺的一部分，加热环氧 胶、环氧膜或涂覆料GB 50336-2018 建筑中水设计标准-原版，使其形成固体而实现连接或使其获得目标 功效。 （11）清洗：*为辅助工艺，用于元器件、外壳、基板、半成品电 路的表面附着污染物、氧化层的去除
（12）检验：*为上述各工艺的一部分或持续工*，通过显微镜 目检、电学力学性能测试等方法，考核工艺加工质量是否达到 要求。
3.2.1环氧贴装是使用环垒
求的位置上，形成牢固的、传导性或绝缘性的连接。环氧贴装具有 良好的连接强度，工艺设备简单，更换方便，经济实惠。环氧贴装 工艺可分为以下三种： （1）导电环氧粘片：采用掺银或金（大多数是掺银）的导电环氧 对脂胶将元器件贴装在基板上，同时实现与基板的机械与电学 连接。 （2）绝缘环氧粘片：采用绝缘环氧树脂胶将元器件贴装在基板 上，仅实现与基板的机械连接。 （3)基板粘接：采用绝缘环氧树脂膜或绝缘环氧树脂胶将基板 或在基板上已完成元器件组装的电路功能衬底贴装到封装外壳 中，仅实现基板与外壳的机械连接
3.2.2环氧贴装的主要工序。
1常用环氧胶的主要性能与工艺参数见表1。 5固化的目的是实现元器件在基板上或基板/电路功能衬底 在外壳中的安装连接。
表1常用环氧胶的主要性能与工艺参数
3.2.3环氧贴装工艺运行条件
3为避免吸人有毒气体，称量、混合、配胶、清洗过程应在通 风柜内进行。
3.*.1共晶焊是使用二元或三元合金片*为焊料将芯片或基板 贴装在载体上，实现高热导、低电阻、高可靠性的传导性连接。共 晶焊工艺具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高等优点，但 是其操*过程较为复杂，需要调试的参数多，成本较高。共晶焊工 艺可分为以下两种： （1）使用合金焊料片（如Au80Sn20焊片）将元器件焊接在基 板上或将基板焊接在外壳底座中。 （2）不使用预*片或焊膏，在AuSi共熔温度以上的某温度 （*00℃～500℃）下，将硅芯片的背面（表面一般应淀积Au层）对 看基板上的金属化（一般为Au导体）焊盘高频（超声）摩擦，使芯 片通过金硅表面共晶熔合而贴装在基板上。
2合理选择焊料种类与使用顺序，能够有效地减少空洞缺 陷的发生率；焊料存放时间超期、焊料与镀层的氧化将影响到共 晶质量；焊接母体表面具有一定粗糙度，有利于获得良好的 润湿。
3.5.1引线键合工艺应按照下列原则采用
1引线键合是使用金属丝，利用热压或超声等能源，实现电 子组件中电路内部的电气连接。引线键合工艺实现简单、成本低 廉、适合多种组装形式而在连接方式中占主导地位。 2引线键合工艺根据所施加的能量方式不同可分为以下三 种方法，引线键合主要工艺分类见表2。
表2引线键合的工艺分类
（1）热压键合：适合在耐高温的基板上键合，通过加热和加压， 使焊接区金属发生塑性变形，破坏压焊界面上的氧化层，在高温折 散和塑性流动的*用下，使固体金属扩散键合； （2）超声波键合：在室温下，由键合工具引导金属引线与待焊 金属表面相接触，在高频震动与压力的共同*用下，破坏界面氧化 层并产生热量，使两种金属牢固键合； （3）热压超声波键合：焊接时需要提供外加热源，通过超声磨 蚀掉焊接面表面氧化层，在一定压力下实现两种金属的有效连接 和金属间化合物的扩散，从而形成焊点。 3、*常用键合工具（劈刀）有两种不同的基本外形，即从针尖 斜下方背面送丝的楔形劈刀和中空垂直向下送丝的针形劈刀（焊 针）；根据键合丝材料的不同，可分为金丝键合、铝丝键合、铝硅丝 键合等；由于劈刀针尖形状、键合丝材料及断丝方式等的不同，所 得到的键合点（焊点）形状将不同，常见的三种焊点有球形焊点、半 月形楔形焊点和高尔夫勺形楔形焊点。 最通用、最成熟、最传统的微组装引线键合类型有以下两种： （1）热超声金丝球形键合（金丝球焊）：适合于耐热不高的外壳 或基板，散热好的腔体上的键合。采用高纯金丝、针形劈刀、同时 施加超声与热能实现弓引线与键合区间的焊接，键合线的第一、第二 焊点分别为球形焊点、半月形形焊点，在前一键合线焊好、线夹 拔丝断线后，电子打火（EFO)杆将劈刀针尖下端伸出的丝尾熔化 成金球用于下一键合线的第一焊点。因其可降低加热温度、提高
键合强度与可靠性而成为键合法的主流。 （2）超声铝硅丝楔形键合（铝硅丝楔焊）：适合在不耐高温的基 板上键合，由于焊点较小，也适合用于小焊盘间距的键合。采用含 1%3%硅的铝硅丝、楔形劈刀、一般只需施加超声（也可同时施 加超声与热能）实现引线与键合区间的焊接，键合线的第一、第二 焊点均为高尔夫勺形形焊点，在前一键合线焊好后由线夹拔丝 断线并将下一键合线第一焊点所需的引线端头送至劈刀针尖的 下方。 堂用键合引线的主要性能参数见表3和表*
表3常用键合引线的主要性能参数
表*常用金丝金带的主要性能参数
3.5.2引线键合的主要工序。
我链百的王 3引线的直径和延展率对于引线电气传输的性能和可靠性 有较大影响。 6键合加热温度不宜高于150℃是为了使电路经受高温的 时间尽量短。
7控*键合工艺参数是为了确保不损伤芯片、有较大的键合 强度和好的焊点形态，工艺参数决定着引线的弧形是否合适，键合 点是否牢靠。 8键合工具（劈刀)应与引线直径相适应，劈刀的几何参数直 接影响着焊点的形状及键合质量。
3.6.1倒装焊工艺是使芯片的电极面朝下，将电极凸点直接与基 板焊接，实现高密度、高精度和高性能的组装。与其他组装工艺相 比，倒装焊具有最小的寄生效应，电性能优越，适合于高频、高速 大功率电子产品的组装；国内倒装芯片不普及，工艺成熟度有待提 高；芯片焊区上需**凸点，增加了互连芯片的**工艺流程及成 本。倒装焊一般可分为以下三种基本类型： （1）焊料凸点再流倒装焊：又称为可控塌陷芯片连接（C*），通 过加热使IC芯片的焊料（一般为SnPb合金）凸点电极再流，同时 实现芯片各凸点电极与基板上对应焊区的互连焊接。 （2）超声热压倒装焊：通过倒装焊机对IC凸点芯片施加超声 并同时加热加压，同时实现芯片各凸点电极与基板上对应焊区的 互连焊接（键合）。 （3）聚合物互连粘接倒装：将导电、非导电的粘接剂涂布在IC 芯片与基板之间，通过加压同时加热或用紫外光照射使之固化，同 时实现芯片各凸点电极与基板上对应焊区的互连。 最常用、可操*性较好的是C*倒装焊和超声热压倒装焊
.6.2倒装焊的主要工序
1在芯片上**凸点，可采用淀积金属、机械焊接或者聚合 物互连粘接等方法，凸点**还可采用蒸镀焊料、电镀焊料、印* 焊料、钉头凸点、化学镀凸点、激光植球和凸点移植等方法。 2超声热压焊时，倒装设备焊头吸附凸点电极面已被翻转朝 下的IC芯片向下移动，使芯片的各凸点电极压着在基板的对应焊
区上，同时施加超声和加热、加压，完成芯片与基板的倒装焊接（键 合），芯片的放置应控*好对位精度与装焊间隙。 5采用下填充和固化工艺，可以给倒装芯片提供环境保护与 强化连接*用，提高倒装焊接可靠性，保护凸点，下填充材料的特 性应与芯片和基板相匹配，下填充操*时应略微倾斜基板，是充分 利用液态下填充料在倒装芯片与基板间缝隙中的毛细流*用充填 满空隙；精确控*填充胶量以保证填充后无空洞
3.7.1微电子封装中使用针焊工艺，通过针料将待焊金属连接走 来，从而为内部电路提供信号输人、输出通路；或者实现气密性 装，保护电路不受周围环境的侵蚀。针焊封盖过程采用整体加热 影响到器件的可靠性，而采用低温焊料对母材的浸润性不好，焊打 质量难以保证。
3.7.2钎焊的主要工序
1成分准确稳定、无氧化、表面平整的焊料，能够有效地减少 空洞缺陷的发生率，焊料的使用量应保证焊料与焊件充分润湿，又 不致溢出太多，适当的焊接母体表面粗糙度有利于获得良好的 润湿。 2真空烘焙的目的是排除焊件内部的水汽，烘焙后应尽快进 行针焊密封。 3焊料应牢靠放置，不致在钎焊过程中因意外干扰而错动位 置，有气密性要求的针焊缝，焊缝结构设计应能容纳足够的焊料， 阻焊是防止焊料过度流降低气密性或破坏微电路。 *盖板结构设计应避免封装时产生金属飞溅，在腔体内形成 可动的金属小球，引起器件内部的短路，封盖焊接过程中应使焊料 的流动减至最低限度，以免熔化的焊料流动入腔体内损坏芯片。 6为保证后道针焊温度不会引起前道针焊料发生二次重熔 相邻两道钎焊工步焊料液相线温度宜相差30℃以上
7基板应包含透气孔，以便多余助焊剂溢出。 8采用适当的焊接工装以保证在焊接过程中保持一定的焊 接压力，夹具设计应符合热容小、传热均匀、不易变形、压力均匀的 原则。
艺，借助于平行缝焊机，通过大电流脉冲在缝焊电极锥面与外壳盖 板边缘的接触点处产生极高密度的热能，使外壳壳体与盖板的局 部金属体及其镀层迅速加热而熔合在一起，随着电极在盖板边缘 上的连续滚动前行，持续被熔合点形成一条致密焊道，焊道闭合后 实现气密封装。盖板表面最好应在同一个水平面上，盖板与壳体 热膨胀系数应匹配。 平行封焊是一种电阻熔焊，它的目的是保证器件的气密性，严 格限*封装腔体内水气与多余物的含量，在腔体内部形成独立、稳 定的微环境。 平行缝焊操*过程中多数步骤已实现机械化，减轻了操*人 员的负担，也使成品率提高。平行缝焊与激光焊相比，不仅设备的 价格便宜，完成焊接的成本也较低。 3.8.2平行缝焊的主要工序。 2合理控*平行缝焊工艺参数，以保证用最小能量获得重叠 最佳的焊道和最可靠的封装。 3平行缝焊最常用的腔体材料是氧化铝陶瓷、可伐合金和铁 镍合金，陶瓷腔体需要金属焊环，金属腔体上可具有镍或金镀层 盖板可选择可伐材料或*J*2铁镍合金。 *手套箱通干燥氮气是为了保证其箱体内水汽含量低于 定数值。 6如果盖板与腔体不能精确对准，一致性不好，容易造成裂 盖，平行缝焊机的运行速度不宜过快是为防止产生打火现象，且使
3.8.2平行缝焊的主要工序
3.9.1激光焊是用激光束做热源使两种材料相熔融，并焊接在一 起形成牢固的、可靠的键合，保证器件的气密性。激光焊可分为脉 冲激光焊和连续激光焊，脉冲激光焊是以点焊或者由焊点搭接而 成的焊缝方式进行的，主要用于微型、精密元件和一些微电子元件 的焊接，连续激光焊可以进行薄板精密焊，以及50mm厚板的深 穿入焊。激光系统价格昂贵，一次性投人较高，但是焊道灵活容易 调整，可实现规模化自动生产，焊接质量也高。
3.9.2激光焊的主要工序。
1清洗的目的是清除壳体和盖板的表面上残存的毛发、油污 或者焊件材料表面的氧化物。 3为防止热变形，焊接过程中焊件应该夹紧。 *离焦量是焊件表面到聚焦激光束最小光斑（焦点）的距离 改变离焦量，可以改变激光加热斑点的大小和光束入射状况，焊接 能量过大时会产生焊接飞溅。
3.10.1涂覆是在电路板表面涂覆一层保护膜，达到防湿热、防盐 雾、防霉菌的目的。为保证电子设备在恶劣环境下的可靠性，防止 电路腐蚀引起电路失效，元器件性能下降，都应对电路板做三防 涂覆。
3.10.1涂覆是在电路板表面涂覆一层保护膜，达到防湿热、防盐 雾、防霉菌的目的。为保证电子设备在恶劣环境下的可靠性，防止 电路腐蚀引起电路失效，元器件性能下降，都应对电路板做三防 涂覆。 涂覆*为微组装的一种辅助性工艺，在混合集成电路、多芯片 组件的内部或表面的某些区域涂覆上一层胶状绝缘材料，凝固或 烘干后可主要起到以下几方面*用： （1）保护：用硅酮胶涂覆芯片及其键合线，实施局部防护。 （2）绝缘：用硅橡胶或绝缘环氧树脂隔离可能的不应短路 之处。
（3）加固：用绝缘环氧树脂补充粘接元器件或零构件，提高微 组装的强度及产品的抗机械冲击能力。 （*）散热：用高导热胶填充发热元器件向外壳的散热通道，通 过传导方式更有效散热。 （5）防潮：用阻湿材料涂层保护元器件、零构件或产品的表面 防生锈、防霉变、防污染。
3.10.2涂覆的主要工序。
2涂覆材料进行微蚀处理是为增加其表面微观粗糙度，提高 后续的膜层附着力，涂覆材料进行活化处理可使之具有催化活性 表面或沉积出金属薄层。 3应确保金属膜层与所要涂覆材料之间有良好的附着力，当 膜层结构多于两层时要防止膜层之间脱落、分层。 8为剔除不合格的产品，需根据焊接温度对涂覆层进行相应 温度考核。
.11.1真空烘焙是组件在真空烘箱中加热，去除附着的气体和 易挥发物质
3.11.2真空烘焙主要工序。
3.11.2真空烘焙主要工序。
2为避免气体附着在筒壁上造成污染，烘烤系统烘烤筒体的 温度应高于组件温度。 3为避免再次污染组件或筒体，热沉温度应低于组件和烘烤 筒体温度。
3.12.1清洗*为辅助工艺，在混合集成电路、多芯片组件的微组 装过程中应用很普遍，其工*目标主要是去除元器件、外壳、基板， 半成品电路的表面附着的多余物、污染物、氧化层等，露出新鲜的 表面，提高表面亲合力，有助于保证主体微组装工艺的加工质量
应针对不同清洗物的种类选择合适的清洗方式，防止因清 方式不当对焊接或电路器件、基板造成损伤
3. 12.2 清洗工艺的主要工序
4清洗用后的废液含有有毒有害物质，会对人体或环境造成 危害，应执行现行国家强制性标准，及时、有效地进行回收处理。 5清洗使用的化学溶剂、危险品有腐蚀、易燃易爆等特性，若 使用不当会对人体造成伤害，或引起火灾、爆炸等事故，在进行清 洗工艺时操作人员必须戴好口罩、手套、眼镜等防护用品，严格按 化学品、危险品的使用安全操作规范进行清洗工序，以保证人身及 厂房设施的安全
3.13.1测试过程可有效地保证产品的可靠性，对于高性能电子 产品，要求每道关键工艺之后都进行相应测试，然而，测试工艺会 使产品的组装效率下降，增加成品，所以应根据产品的应用需求合 理设置测试工序
3. 13. 2测试过程的主要工序。
5芯片剪切强度测试、键合拉力测试、高温和热循环试验 破坏性测试，可能会对组件造成损伤，宜采用抽样测试
.1.1密封设备包括激光焊机、平行缝焊机、针焊炉等；测试设备 包括无损检测设备、引线拉伸力测试设备等
4.2环氧贴装工艺设备
4.2环氧贴装工艺设备
4.2.1根据生产数量选择合适的方式：手动涂胶投入少，效率低； 丝网印刷和自动点胶设备一次性投入较高，可实现规模化自动生 产，效率高；手动贴片投人少、灵活，但效率低；半自动设备由于提 效不明显，一般不建议选用；全自动设备一次性投入高，可实现规 模化自动生产，产品一致性好。
4.4.1共晶焊工艺的原则， 2使用焊接工装的目的是保证在焊接过程中保持一定的焊 接压力。
4.4.2共晶焊工艺设备的配置
1温度曲线运行过程中增加充气、抽真空、排气等工艺步骤 是为了保证焊料熔化充分。
4.5引线键合工艺设备
4.5.1引线键合设备经济性：手动丝焊机价格是自动丝焊机的 1/3，价格便宜，操作灵活，适用于各种电路与芯片的互连，相比全 自动丝焊机效率较低，
4.6.1倒装焊根据芯片凸点的材料采用相应工艺：金凸点超声热 压焊接，金锡或锡铅合金凸点回流焊接，各相异性导电胶加压后烘 烤，适合于先进的SMT工艺进行工业化大批量生产。
4.13.1常用测试参数及设备见表5。
4.13.1常用测试参数及设备见表5。
表5常用测试参数及设备
5工艺设计5.1总体规划5.1.3微组装生产区出入口人流、物流通道分开设置，是为避免人流、物流线路的交叉干扰。5.2工艺区划5.2.3洁净厂房的洁净度应按《洁净厂房设计规范》GB50073一2001中的规定确定，空气洁净度等级与粒径浓度限值见表6。表6空气洁净度等级与粒径浓度限值空气洁净度大于或等于表中粒径的最大浓度限值（pc/m3）等级(N)0.1μm0.2μm0.3μm0.5μm1μm5μm11022100241043100023710235841000023701020352835100000237001020035208322961000000237000102000352008320293735200083200293083520000832000293009352000008320000293000（1）每个采样点应至少采样3次，（2)不适用于表征悬浮粒子的物理性、化学性、发射性及生命性。（3）根据工艺要求确定1种～2种粒径。（4）各种要求粒径D的粒子最大允许浓度Cn由下式确定，要.59:
5.3.1微组装工艺设备布置除应满足生产工艺要求外，还应满足 设备安装、维修和生产操作的要求，做到布置合理、紧、有利于产 品生产操作和达到预期的效果
5.3.1微组装工艺设备布置除应满足生产工艺要求外
5.3.4加强净化与排风措施，防止可能产生的溶剂蒸汽和粉尘双 产品造成污染。
5.3.4加强净化与排风措施，防止可能产生的溶剂蒸汽和
（1）生产中主要原材料均为不燃或难燃材料。 （2）消防设计上都设置了火灾报警与消防联动系统，厂房内有 消火栓箱，并有符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016 规定的疏散通路和疏散通路指示及应急照明等防灾措施。 （3）生产中所用气体均为非易燃、易爆气体，相对安全。 （4）生产环境为净化厂房，人员进出严格有序，引发火灾的人 为因素极低。
6.2.2微组装生产线在单层厂房或多层厂房内布置均可，选
层厂房或多层厂房主要应根据项目的实际条件确定。在多层厂房 内布置有利于节约土地，在城市建设更应提倡。微组装生产线布 置在厂房的底层时可采取地坪局部下沉来安装的办法降低层高 节约投资文节省运行费用
6.2.3有的设备如低温共烧陶瓷烧结炉本身很高，其顶部还
在地面上调整设备地角螺钉至水平即可，因此可以在楼层布置。 本条是对微组装生产线布置在楼层时的要求
在地面上调整设备地角螺钉至水平即可，因此可以在楼
6.3消防给水及灭火设施
5.3.5当采用气体灭火系统时，不应采用卤代烷1211以及能导 致人员室息和对保护对象产生二次损害的灭火剂，宜选用二氧化
6.3.5当采用气体灭火系统时GB／Z 40387-2021 金属材料 多轴疲劳试验设计准则.pdf，不应采用卤代烷1211以及能导
6.3.5当采用气体灭火系统时，不应采用卤代烧1211以及能导
碳等对工艺设备和洁净区环境不产生污染和腐蚀作用的灭火剂， 其他灭火剂的选择应考虑配置场所的火灾类型、灭火能力、污损程 度、使用的环境温度以及与可燃物的相容性
6.6.2洁净厂房的洁净室送风方式可分为集中送风、隧道送风、 风机过滤器机组送风等。应根据洁净室使用功能和降低能量消耗 的要求，经技术经济比较，采用运行经济、节约能源的送风方式。
6.7.2设置火灾自动报警及消防联动控制系统是为了加强对火 灾事故的报警JGJ／T 480-2019 岩棉薄抹灰外墙外保温工程技术标准 (完整正版、清晰无水印)，提升预防和应急处置能力
6. 10 大宗气体系统
6.10.3液氮汽化后的氮气可满足工艺要求，也都属非易燃、易爆 气体，选择液氮还可满足个别需用液氮的工序，是最经济、最适用 的选择，