微波电路微组装技术备课讲稿课件.ppt

1、殷晓星东南大学毫米波国家重点实验室2014年5月23日主要内容 一、微波微组装技术的发展 二、微组装工艺 三、微组装工艺与微波性能 四、常用微波元器件微组装工艺 五、微组装的有害微波现象与工艺微波微组装技术的发展1、微波电路系统微组装简介-2 微系统集成组微系统集成组装与互连装与互连在多层印制板在多层印制板上组装元器件上组装元器件而成为电路模而成为电路模块的制造，即块的制造，即印制板级芯片印制板级芯片电路组装电路组装(COB)(COB)芯片与芯片芯片与芯片或芯片与封或芯片与封装基板的安装基板的安装互连，包装互连，包括电子封装括电子封装和多芯片组和多芯片组装装 采用多芯片组采用多芯片组装和立体组

2、装装和立体组装技术，形成具技术，形成具有子系统甚至有子系统甚至系统功能电路系统功能电路模块模块(SIP)(SIP)微组装技术主要研究芯片及以上的组装互连技术（不含芯片制造）微组装技术主要研究芯片及以上的组装互连技术（不含芯片制造）微组装技术微组装技术 微波微组装技术的发展1、微波电路系统微组装简介-3基础科学基础科学 电磁场与微波技术电磁场与微波技术电子材料电子材料微电子技术微电子技术机械机械(设计设计/组装组装/焊焊接）接）测试、控制测试、控制光学、热学光学、热学可靠性工程可靠性工程系统工程系统工程基本技术基本技术 材料技术材料技术微波元器件微波元器件微电子器件微电子器件基板技术基板技术微组

3、装工艺微组装工艺微组装设计微组装设计微组装设备微组装设备微组装测试微组装测试微组装系统及管理微组装系统及管理 板级电路互连板级电路互连 模块模块/组级互连组级互连 分机分机/子系统级子系统级互连互连 整机整机/系统级互连系统级互连 微波微组装技术的发展1、微波电路系统微组装简介-4与芯片工艺比较与芯片工艺比较 层次不同：芯片低层微组装上层，前者是后者基础层次不同：芯片低层微组装上层，前者是后者基础 关注点不同：微组装互连（无源）、芯片功能更多（有源）关注点不同：微组装互连（无源）、芯片功能更多（有源）有共性：有共性：1 1）都有互连、阻抗匹配、抑制避免干扰、散热等功能要求；）都有互连、阻抗匹配

4、、抑制避免干扰、散热等功能要求；2 2）分析建模方法软件工具类似，都是基于电磁波和微波理论）分析建模方法软件工具类似，都是基于电磁波和微波理论 两者的功能界限：模糊、向上发展（芯片进攻，两者的功能界限：模糊、向上发展（芯片进攻，SOCSOC，但复杂多功能，但复杂多功能系统，还是微组装，而且对功能的需求也在向更复杂综合方向发展系统，还是微组装，而且对功能的需求也在向更复杂综合方向发展 近近3030年来，随着信息技术的飞速发展，电子装备应用频率越来越高，年来，随着信息技术的飞速发展，电子装备应用频率越来越高，微电子技术的发展一直遵循摩尔定律和按比例缩小原理，即每隔三年微电子技术的发展一直遵循摩尔定

5、律和按比例缩小原理，即每隔三年芯片的集成度翻两翻（增加芯片的集成度翻两翻（增加4 4倍），特征尺寸缩小三分之一。从而推倍），特征尺寸缩小三分之一。从而推动微组装技术得到飞速发展。动微组装技术得到飞速发展。微波微组装技术的发展1、微波电路系统微组装简介-5v 微组装技术是宽带高频军用电子装备研制生产微组装技术是宽带高频军用电子装备研制生产的共性和关键技术。微组装技术对满足高频、极高的共性和关键技术。微组装技术对满足高频、极高频（毫米波）和宽带电路模块的组装要求，缩小电频（毫米波）和宽带电路模块的组装要求，缩小电路模块的体积和重量，满足现代电子武器装备小型路模块的体积和重量，满足现代电子武器装备小

6、型化、轻量化、数字化、低功耗的要求有重要作用。化、轻量化、数字化、低功耗的要求有重要作用。v 该技术已广泛应用于机载、星载相控阵雷达该技术已广泛应用于机载、星载相控阵雷达T/RT/R组件、导弹导引头、航天计算机用存储和处理器，组件、导弹导引头、航天计算机用存储和处理器，电子信息对抗系统和装备电子信息对抗系统和装备的的宽带低噪声固态微波放宽带低噪声固态微波放大器、滤波器、混频器等电路的组装。大器、滤波器、混频器等电路的组装。微波微组装技术的发展2、微组装技术构成-1微组装微组装前道前道后道后道基板制造基板制造材料制备材料制备芯片安装互连：粘片、引线键芯片安装互连：粘片、引线键合、倒装焊、清洗合、

7、倒装焊、清洗等等厚膜基板厚膜基板薄膜基板薄膜基板低温共烧陶瓷基板低温共烧陶瓷基板（LTCC）混合基板混合基板封装：气密性封焊封装：气密性封焊 软基板软基板微波微组装技术的发展2、微组装技术构成-2微组装技术微组装技术特种互连基板技术特种互连基板技术多芯片组装技术多芯片组装技术系统系统/子系统级子系统级微组装技术微组装技术微组装组件微组装组件测试技术测试技术微组装设计技术微组装设计技术薄薄膜膜基基板板制制造造技技术术厚厚膜膜基基板板制制造造技技术术LTCC基基板板制制造造技技术术气密封焊技术气密封焊技术高高精精度度芯芯片片贴贴装装技技术术高高精精度度芯芯片片焊焊接接技技术术高高精精度度金金丝丝键

8、键合合技技术术倒倒装装芯芯片片焊焊接接技技术术三三维维立立体体组组装装技技术术基基板板集集成成微微波波功功能能电电路路技技术术数数模模混混合合集集成成制制造造技技术术钎钎焊焊技技术术平平行行缝缝焊焊技技术术激激光光焊焊接接技技术术KGD芯芯片片测测试试技技术术微微组组装装组组件件自自动动测测试试技技术术电电磁磁兼兼容容设设计计技技术术热热设设计计技技术术布布局局布布线线设设计计技技术术整整机机级级组组件件立立体体组组装装设设计计技技术术微波微组装技术的发展2、微组装技术构成-3特种互连特种互连基板分类基板分类按材料分类按材料分类 陶瓷基陶瓷基复合材料基复合材料基金属芯基等金属芯基等 按工艺分类

9、按工艺分类厚膜基板厚膜基板薄膜基板薄膜基板LTCCLTCC基板基板 单层板单层板多层板多层板按导体层数按导体层数微波微组装技术的发展2、微组装技术构成-4 薄膜电路基板是在基材薄膜电路基板是在基材上采用薄膜淀积、光刻、上采用薄膜淀积、光刻、电镀等工艺方法形成的电电镀等工艺方法形成的电子电路基板子电路基板 低温共烧陶瓷基板低温共烧陶瓷基板（LTCCLTCC）是在陶瓷和玻璃经）是在陶瓷和玻璃经低温共烧形成的基材上制成低温共烧形成的基材上制成的高密度多层电路基板。的高密度多层电路基板。低温共烧陶瓷基板低温共烧陶瓷基板 由于其优越的介质特性和优良的导电性能，集高密度多层互联由于其优越的介质特性和优良的

10、导电性能，集高密度多层互联、埋置无源元件为一体，将传统的二维电路结构变换为三维立体结、埋置无源元件为一体，将传统的二维电路结构变换为三维立体结构构,实现了电路结构的立体化以及无源元件的高度集成，提高了布线实现了电路结构的立体化以及无源元件的高度集成，提高了布线密度，大幅减少了引线连接和焊点的数目，使得线路的可靠性显著密度，大幅减少了引线连接和焊点的数目，使得线路的可靠性显著提高，而被广泛应用于微波电路的制造，是发展最为迅速的电子基提高，而被广泛应用于微波电路的制造，是发展最为迅速的电子基板技术。同时板技术。同时LTCCLTCC综合了综合了HTCCHTCC和厚膜技术的优点，减少了昂贵、重和厚膜技

11、术的优点，减少了昂贵、重复的烧结过程，提高了效率，降低了成本。复的烧结过程，提高了效率，降低了成本。微波微组装技术的发展2、微组装技术构成-5 微波电路系统微组装技术构成 主要包括：a）芯片、片式元件、SMD的安装技术；b）金丝球引线键合技术；c）IC裸芯片的金球凸点制作技术；d）IC芯片的倒装焊接/粘接技术；e）倒装IC芯片的下填充技术；f）LTCC基板与外壳腔壁、PGA引线的一体化封装技术；g）MCM-C气密性金属封装技术；h）MCM-C的组装封装基本工艺流程；i）MCM-C组装封装工艺质量检验和可靠性试验方法。微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-1与传统组装技术相比，立

12、体组装的最大特点就是可与传统组装技术相比，立体组装的最大特点就是可以大为减少产品的体积和重量（甚至可以减少以大为减少产品的体积和重量（甚至可以减少），同时改善了电路性能，减少了信号延迟、降），同时改善了电路性能，减少了信号延迟、降低了噪声和功率损耗，提高了运算速度和带宽。低了噪声和功率损耗，提高了运算速度和带宽。随着武器装备不断向小型化、轻量化、高速度发展，随着武器装备不断向小型化、轻量化、高速度发展，采用二维组装技术已经无法满足许多武器装备发展采用二维组装技术已经无法满足许多武器装备发展的需求。采用立体组装技术可有效的利用电子装备的需求。采用立体组装技术可有效的利用电子装备内有限的空间，增加

13、元器件的组装密度，达到进一内有限的空间，增加元器件的组装密度，达到进一步缩小武器装备体积和重量，提高性能的目的。步缩小武器装备体积和重量，提高性能的目的。目前已在机载、星载相控阵雷达的接收机模块，以目前已在机载、星载相控阵雷达的接收机模块，以及新型飞机机载电台上获得应用。及新型飞机机载电台上获得应用。微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-2LTCCLTCC在军事电子领域应用的最大优势：在军事电子领域应用的最大优势：v 提高频率：较低的介电常数，提高频率：较低的介电常数，3.53.55.95.9，当介电常，当介电常数减小到数减小到4 4左右，信号延迟时间就可以减小左右，信号延迟时

14、间就可以减小33%33%以上。以上。v 增加可靠性：热膨胀系数与增加可靠性：热膨胀系数与GaAsGaAs近似，可减小芯片近似，可减小芯片与基板间的热应力，提高组件的可靠性。与基板间的热应力，提高组件的可靠性。v 实现无源集成：可提高组装密度，对于满足高频、实现无源集成：可提高组装密度，对于满足高频、高速要求、提高可靠性、降低组装成本都有重要作用。高速要求、提高可靠性、降低组装成本都有重要作用。微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-3典型的典型的MCMMCM 微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-4立体组装实例立体组装实例 微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用

15、及典型的产品-5典典型型微微组组装装产产品品X波段收发（波段收发（T/R）组件）组件微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-6武器装备多功武器装备多功能、高性能、能、高性能、高可靠、高机高可靠、高机动性要求动性要求电子装备小型电子装备小型化、轻量化、化、轻量化、多功能、高可多功能、高可靠需求靠需求对微组装技术对微组装技术需求迫切需求迫切微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-7美国美国“铺路爪铺路爪”战略目标测量与跟踪相控阵雷达战略目标测量与跟踪相控阵雷达 由数万套由数万套L L波段波段T/RT/R组件构成组件构成的战略目标测量与跟踪相控阵天的战略目标测量与跟踪相控

16、阵天线可检测数千公里内的各种目标。线可检测数千公里内的各种目标。微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-8星载合成孔径成像雷达星载合成孔径成像雷达(SAR)(SAR)由数百套由数百套L L波段波段T/RT/R组件构组件构成的相控阵天线实现对地目标成的相控阵天线实现对地目标的成像。的成像。微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-9美国导弹驱逐舰载美国导弹驱逐舰载“宙斯盾宙斯盾”系统中的系统中的AN/SPY-1AN/SPY-1多多功能相控阵雷达功能相控阵雷达 由数千套由数千套S S波段波段T/RT/R组件构成组件构成的四面阵相控阵天线实现对多批的四面阵相控阵天线实现对多

17、批次目标的探测、跟踪及引导打击。次目标的探测、跟踪及引导打击。微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-10美国第四代战斗机载火控相控阵雷达美国第四代战斗机载火控相控阵雷达 由数千套由数千套X X波段波段T/RT/R组件构组件构成的相控阵天线实现对多批次成的相控阵天线实现对多批次目标的远距离探测、跟踪。目标的远距离探测、跟踪。微波微组装技术的发展3、微组装的技术作用及典型的产品-11美国导弹防御系统大型目标搜索与跟踪相控阵雷达美国导弹防御系统大型目标搜索与跟踪相控阵雷达 由数万套由数万套X X波段波段T/RT/R组件构组件构成的球形相控阵天线实现对数成的球形相控阵天线实现对数千公里

18、外多批次目标的探测、千公里外多批次目标的探测、跟踪。跟踪。微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-1美国美国Raytheon公司机载有源相控阵天线近公司机载有源相控阵天线近15年来年来采用微组装技术实现小型化发展的历程采用微组装技术实现小型化发展的历程 微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-2基板向具有完整微波电路功能的集成互连基板发展基板向具有完整微波电路功能的集成互连基板发展 特点：高密度特点：高密度 三维结构三维结构 工作频率扩展到微波工作频率扩展到微波/毫米波毫米波 具有完整电路功能（具有完整电路功能（SIWSIW）带功分器网络的新型高密度互联基板带功分器网络的新

19、型高密度互联基板带波导电路的新型高密度互联基板带波导电路的新型高密度互联基板微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-3从单一功能组装向系统级组装（从单一功能组装向系统级组装（SIPSIP）发展）发展 特点：具有完整的系统特点：具有完整的系统/子系统功能子系统功能 小型化、高密度小型化、高密度 工作频带宽、速度快工作频带宽、速度快 外互连线较少外互连线较少美国美国Raytheon公司用于地球公司用于地球观察和通讯的观察和通讯的SIP组件组件微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-4从二维平面组装向三维立体组装发展从二维平面组装向三维立体组装发展 特点：三维高密度互联结构特点：

20、三维高密度互联结构 宽频带、多用途宽频带、多用途 具有完整系统具有完整系统/子系统功能子系统功能相同功能二维和三维微波组件比较图相同功能二维和三维微波组件比较图 S S波段三维波段三维T/RT/R组件组件 微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-5从二维平面组装向三维立体组装发展从二维平面组装向三维立体组装发展 目前雷达有源电扫阵面目前雷达有源电扫阵面 新一代先进有源电扫阵面新一代先进有源电扫阵面 微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-6 从单通道组装向多通道集成组装发展从单通道组装向多通道集成组装发展Active Panel Active Panel Array(201

21、0)Array(2010)128 128 ElementTile Subarray 微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-7 从集成微波组装（从集成微波组装（IMAIMA）向晶圆级组装（）向晶圆级组装（WLPWLP）发展）发展微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-8 基于多片基于多片MMIC晶圆键合工艺的晶圆键合工艺的WLP技术技术微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-9微组装技术的微组装技术的绿色制造绿色制造组装与封装技组装与封装技术融合术融合组装与基板组装与基板 技术融合技术融合 二维组装二维组装向三维立体组装向三维立体组装的演变与突进的演变与突进具体体

22、现具体体现纵观纵观2121世纪微组装技术的发展世纪微组装技术的发展 绿色绿色融合融合三维三维微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-10 绿色清洗、绿色封装、绿色清洗、绿色封装、无铅组装等绿色制造技术无铅组装等绿色制造技术涉及的应用范围较广，凡涉及的应用范围较广，凡是具有电子电路组装、封是具有电子电路组装、封装和电子元器件加工的单装和电子元器件加工的单位均需要该技术的有效支位均需要该技术的有效支撑，大到雷达、导弹、卫撑，大到雷达、导弹、卫星，小到数字化单兵装备星，小到数字化单兵装备等信息化装备，其所应用等信息化装备，其所应用的元器件和电子电路的制的元器件和电子电路的制造均急需采用绿色

23、制造技造均急需采用绿色制造技术，绿色制造技术已成为术，绿色制造技术已成为发展的主流。发展的主流。电子绿色清洗工艺技术是在保电子绿色清洗工艺技术是在保证电子元器件、电子电路模块证电子元器件、电子电路模块的功能、质量、性能，特别是的功能、质量、性能，特别是可靠性的前提下，采用无污染可靠性的前提下，采用无污染的工艺技术完成产品对清洗工的工艺技术完成产品对清洗工艺的要求。艺的要求。绿色封装工艺技术是在保证军绿色封装工艺技术是在保证军用大规模集成电路、微波大功用大规模集成电路、微波大功率器件、红外焦平面及多芯片率器件、红外焦平面及多芯片组件等军用核心元器件的性能组件等军用核心元器件的性能和可靠性的基础上

24、，实现剧毒和可靠性的基础上，实现剧毒的流延工艺无害化，减少对人的流延工艺无害化，减少对人员和环境的危害。员和环境的危害。绿色绿色清洗清洗绿色绿色封装封装无铅无铅组装组装在电子装备的生产过程中，均在电子装备的生产过程中，均大量采用了以大量采用了以Sn/PbSn/Pb和和Sn/PbSn/Pb合合金为基的焊料。铅及其化合物金为基的焊料。铅及其化合物属于有毒物质，从环境保护的属于有毒物质，从环境保护的责任和市场竞争的需要出发，责任和市场竞争的需要出发，电子电路组装中无铅化是未来电子电路组装中无铅化是未来发展的必然趋势。发展的必然趋势。u 绿色制造是制造技术发展的大趋势。微组装的绿色制造当前优先发展微组

25、装的绿色制造当前优先发展 微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-11v SOP SOP是芯片上系统（是芯片上系统（System on a chip SOCSystem on a chip SOC）的）的简化设计简化设计和和实用设计实用设计，它包含了多芯片组件（，它包含了多芯片组件（multi chip module multi chip module MCMMCM）、多芯片封装（）、多芯片封装（multi chip package MCPmulti chip package MCP）的内容。）的内容。v SOP SOP是二十世纪九十年代提出的一个新概念。这种组装方式是二十世纪九十年

26、代提出的一个新概念。这种组装方式有可能导致微小型化，把包含微电子、光电子、数字、模拟、有可能导致微小型化，把包含微电子、光电子、数字、模拟、射频、微机电系统集成为单一的组件系统。射频、微机电系统集成为单一的组件系统。v SOP SOP技术在系统技术在系统/子系统级组装中大量采用多芯片组件等新技子系统级组装中大量采用多芯片组件等新技术，使微组装电路组件向着具有完整的系统功能、小型化、高术，使微组装电路组件向着具有完整的系统功能、小型化、高密度、速度快、外互连线少的方向发展。密度、速度快、外互连线少的方向发展。v晶圆级封装技术：利用晶圆级封装技术：利用TSVTSV技术和晶技术和晶圆键合技术实现晶圆

27、级芯片的三维集圆键合技术实现晶圆级芯片的三维集成，用组装的方法来扩展芯片的功能成，用组装的方法来扩展芯片的功能近年来发展迅猛，也是近几年来组装近年来发展迅猛，也是近几年来组装的热门话题。的热门话题。v倒装芯片技术是一种把组装技术融入倒装芯片技术是一种把组装技术融入芯片封装技术的方法，现今已经很难芯片封装技术的方法，现今已经很难区分倒装芯片制作是封装还是组装工区分倒装芯片制作是封装还是组装工艺技术。艺技术。微组装技术微组装技术组装与芯片封装的技术融合是一个大的趋势 微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-12基板除作为组装载体外，同时承担着传热、导基板除作为组装载体外，同时承担着传热、

28、导电等作用。目前电等作用。目前基板基板的慨念有拓展，己不是的慨念有拓展，己不是传统意义上的多层板，由于其埋入了大量的电阻、传统意义上的多层板，由于其埋入了大量的电阻、电容、电感等无源器件，已具有了部分电路的功电容、电感等无源器件，已具有了部分电路的功能（参考后面能（参考后面SIWSIW例子）。例子）。用用DBCDBC（Direct Bonded CopperDirect Bonded Copper）覆铜陶瓷基板）覆铜陶瓷基板技术制作的高效散热基板甚至可做成风冷、水冷技术制作的高效散热基板甚至可做成风冷、水冷通道板，改善了散热性能，提高了可焊接性；覆通道板，改善了散热性能，提高了可焊接性；覆铜板

29、上直接进行微组装，拓展了微组装技术的应铜板上直接进行微组装，拓展了微组装技术的应用和发展。用和发展。微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-13立体组装技术从三维芯片开始，在硅片上直接制立体组装技术从三维芯片开始，在硅片上直接制作多层结构，扩展了芯片的功能，是当前半导体技作多层结构，扩展了芯片的功能，是当前半导体技术，特别是硅半导体的重要发展方向。术，特别是硅半导体的重要发展方向。立体组装技术是提高组装密度最好的方法，组装立体组装技术是提高组装密度最好的方法，组装密度可达到二维组装的密度可达到二维组装的200%-300%200%-300%，甚至更多。，甚至更多。从组装角度看，分系统（

30、功能模块）间最直接、方从组装角度看，分系统（功能模块）间最直接、方便的立体组装技术是垂直互连技术，垂直互连的方式很便的立体组装技术是垂直互连技术，垂直互连的方式很多，主要有底面垂直互连和周边垂直互连两类，互连方多，主要有底面垂直互连和周边垂直互连两类，互连方式有凸点（球）、微簧片、填孔法以及毛纽扣（式有凸点（球）、微簧片、填孔法以及毛纽扣（Fuzz Fuzz ButtonButton）等，作为组装技术中的重要分支，是目前各）等，作为组装技术中的重要分支，是目前各国热衷研究和推广应用的技术。国热衷研究和推广应用的技术。微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-14 随着武器平台的不断扩展

31、，以及随着武器平台的不断扩展，以及星载、机载和弹载等军用电子装备星载、机载和弹载等军用电子装备的发展，薄膜天线、共形天线、封的发展，薄膜天线、共形天线、封装天线和结构功能件等新概念和新装天线和结构功能件等新概念和新结构相继出现，对微组装技术提出结构相继出现，对微组装技术提出了新的、更高的要求，微组装技术了新的、更高的要求，微组装技术也由以二维平面组装为主向三维立也由以二维平面组装为主向三维立体组装为主发展。体组装为主发展。如美国正在研制的天基预如美国正在研制的天基预警固态有源相控阵雷达，具有警固态有源相控阵雷达，具有居高临下、作用距离远、监视居高临下、作用距离远、监视范围广等优点，需要大天线阵

32、范围广等优点，需要大天线阵面才能实现数千公里的作用距面才能实现数千公里的作用距离。如洛克希德马丁公司正在离。如洛克希德马丁公司正在研究开发的新型大型星载天线研究开发的新型大型星载天线技术（技术（ISATISAT），目标是演示和），目标是演示和制造制造100100300300米大口径的星载米大口径的星载电子扫描天线。电子扫描天线。天基预警雷达所需能量只能来源于太阳能，因此，天线阵面天基预警雷达所需能量只能来源于太阳能，因此，天线阵面必须轻、薄、可折叠。为此，需要采用新一代电气互联技术研制必须轻、薄、可折叠。为此，需要采用新一代电气互联技术研制可将天线振子和馈电网络等多功能集成的可折叠薄膜天线和采

33、用可将天线振子和馈电网络等多功能集成的可折叠薄膜天线和采用三维立体组装技术的片式三维立体组装技术的片式T/RT/R组件，才能满足天基预警雷达研制组件，才能满足天基预警雷达研制的要求。的要求。微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-15 充分利用光信号传输具有的高速低损耗和无感应等特征进行电路充分利用光信号传输具有的高速低损耗和无感应等特征进行电路组装，也就是把以与铜电缆相比大数万倍的信息传输容量的光纤维为组装，也就是把以与铜电缆相比大数万倍的信息传输容量的光纤维为中心的光电子技术应用于电子电路组装技术，即为光电路组装技术。中心的光电子技术应用于电子电路组装技术，即为光电路组装技术。把

34、传送电信号的铜导体和传送光信号的光路制作在同一基板上形成的把传送电信号的铜导体和传送光信号的光路制作在同一基板上形成的电路板叫做光电电路板叫做光电OE(OpticElectronic)OE(OpticElectronic)印刷电路板。在这样的基板上印刷电路板。在这样的基板上进行的电子器件和光电子表面组装器件进行的电子器件和光电子表面组装器件(OE-SMD)(OE-SMD)的混合组装，叫做光的混合组装，叫做光表面组装技术，简称光表面组装技术，简称光SMTSMT。（目前微波或毫米波可以直接调制光）。（目前微波或毫米波可以直接调制光）微波微组装技术的发展4、微组装的技术未来发展方向-16随着微电子和

35、光电子技术的飞速发展，大规模随着微电子和光电子技术的飞速发展，大规模/超大超大规模集成电路的广泛应用，电路性能水平极大地提高，规模集成电路的广泛应用，电路性能水平极大地提高，迫切需要与之相适应的新一代微组装技术。迫切需要与之相适应的新一代微组装技术。星载、机载、弹载、信息化装备等有效载荷性能的提星载、机载、弹载、信息化装备等有效载荷性能的提高和结构的变化要求微组装技术必须相应提高，才能高和结构的变化要求微组装技术必须相应提高，才能实现武器装备的小型化、轻量化、微型化，以适应电实现武器装备的小型化、轻量化、微型化，以适应电子装备向高频、高速、宽带、高可靠发展的需要，微子装备向高频、高速、宽带、高

36、可靠发展的需要，微组装技术已成为铸就现代国防的基石之一，组装技术已成为铸就现代国防的基石之一，2121世纪的世纪的微组装技术仍在快速发展和丰富之中微组装技术仍在快速发展和丰富之中 。微组装工艺1、MCM的定义微组装常与MCM（多芯片组件：Multi-Chip Module）混用。MCM是20世纪80年代在美国发展起来的高密度微组装技术，是高级HIC（混合集成电路）的典型产品，它是将多个LSI/VLSI的裸芯片，高密度地安装并互连在多层布线PCB、厚膜多层陶瓷基板或薄膜多层（硅、陶瓷或金属基）基板上，最后整体封装起来，构成多功能、高性能的电子部件、整机、子系统乃至系统。不同的角度对MCM的技术本

37、质和内涵有不同的理解：从HIC的角度，可以认为MCM是一种高级的HIC；从封装的角度，可以认为MCM是一种先进的封装形式；从微电子组装的角度，可将MCM看成是一种高密度的电路集成组件。概念方面MCM与传统HIC的主要区别在于，MCM是采用“多块裸芯片”与“多层布线基板”，实现的是“高密度互连”。基于对MCM的共识，可将其定义为：MCM是将多个未封装的或裸露的芯片和其它微型元器件组装在同一块高密多层布线互连基板上，封装在同一外壳内所形成的具有一定部件或系统功能的高密度微电子组件。微组装工艺2、MCM的分类-1美IPC（电子电路互连和封装协会）按照基板类型与基板制作工艺将MCM分为如下三种：a）M

38、CM-L（MCM-Laminate，叠层型多芯片组件）：采用高密多层PCB制成的MCM，成本低、工艺较成熟、性价比高，但布线密度不高、封装效率较低，主要应用于消费类电子产品、个人计算机等民品领域。b）MCM-C（MCM-Ceramic，陶瓷型多芯片组件或陶瓷厚膜型多芯片组件）：采用高密度多层布线陶瓷基板制成的MCM，成本适中，布线层数多，具有较高的布线密度、封装效率、电性能和优良的可靠性与热性能，其性能优于MCM-L而差于MCM-D。MCM-C又可分为高密度多层布线厚膜HIC、LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷）型MCM-C和HTCC（Hi

39、gh Temperature Co-fired Ceramic，高温共烧陶瓷）型MCM-C。c）MCM-D（MCM-Deposited Thin Film，淀积薄膜型多芯片组件）：采用高密度薄膜多层布线基板，具有很高的布线密度、封装效率和优良的电性能，但成本相对较高，特别适于要求高密度、小体积的高速信号传输和数据处理系统。MCM-D按照所用的基体材料又可分为MCM-D/C或MCM-C/D（陶瓷基体薄膜多层布线基板的MCM，即陶瓷/薄膜混合型MCM）、MCM-M（金属基体薄膜多层布线基板的MCM）和MCM-D/Si（硅基薄膜多层布线基板的MCM）三种。微组装工艺2、MCM的分类-2MCM种类基

40、板 结 构基 板 主 要 构 成 材 料导 体 层绝 缘 层基 材MCM-L通孔多层基板Cu箔玻璃环氧树脂玻璃聚酰亚胺 内外层通孔多层基板复合多层基板Cu（添加）环氧树脂等MCM-C高温共烧多层基板W，MoAl2O3，AlN等Al2O3基板等低温共烧多层基板Ag，Cu，Au，Pd系玻璃陶瓷等厚膜多层基板Ag，Cu，Au，Pd系晶化玻璃系等MCM-D陶瓷基薄膜多层基板Cu（添加）Au（蒸发）Al（蒸发）聚酰亚胺，BCB，SiO2等Al2O3、AlN多层基板金属基薄膜多层基板Cu、Al基板硅基薄膜多层基板Si基板 MCM的基板典型结构微组装工艺3、MCM-C多层基板技术-1基板是MCM-C的基础和

41、重要支撑，起着给裸芯片和外贴元器件提供安装平台、实现MCM-C内部元器件之间的互连、为MCM-C提供散热通路等关键作用，极大地影响着电路组件的体积、重量、可靠性和电性能。MCM-C采用的是陶瓷多层基板，分为厚膜多层基板和共烧陶瓷多层基板两种，后者又可分为HTCC多层基板和LTCC多层基板。MCM-C陶瓷多层基板一般包括元器件安装层（顶层）、信号层、电源层、接地层和对外连接层（底层）等主要导体层，陶瓷介质位于各导体层之间，起着电绝缘的作用，基板的各层间由垂直通孔实现电学互连。MCM-C厚膜多层基板采用厚膜HIC基板制作技术（只是互连导体4层、布线密度相对较高而已），是在陶瓷基片的表面交替印刷、烧

42、结厚膜导体浆料和玻璃介质浆料而形成的一种多层布线结构，布线层之间通过介质层的开孔进行互连，其基本结构如右图所示。MCM-CMCM-C厚膜多层基板的基本结构厚膜多层基板的基本结构微组装工艺3、MCM-C多层基板技术-2MCM-C共烧陶瓷多层基板是由印有导体图形和制有互连通孔的多层陶瓷生瓷片相叠后一起烧结而形成的一种多层互连结构，共烧后的陶瓷基板还可以像厚膜HIC基板一样在其表面上再制作厚膜多层互连结构或薄膜多层互连结构（对于MCM-C/D）。下图表示了LTCC多层基板的一般互连状态。LTCCLTCC多层基板的基本结构多层基板的基本结构微组装工艺3、MCM-C多层基板技术-3HTCC多层基板和LT

43、CC多层基板生瓷带材料的主要功能相是陶瓷与玻璃，两者的差异在于玻璃含量的不同：HTCC的玻璃含量较低，大约在8%15%之间；LTCC则有较高的玻璃含量，一般50%。生瓷带玻璃含量的差异导致多层陶瓷共烧温度的不同，这又影响着所用互连金属导体的类型不同，进而造成所需烧结气体的不同：HTCC的共烧一般需要15001850的高温，互连导体为W（钨）、Mo（钼）等难熔金属，必须在还原性气体中完成烧结；LTCC的共烧一般则为800950的较低温度，互连导体为Au（金）、Ag（银）、Cu（铜）、PdAg（钯银）等低熔点金属，可以在空气中（Au、PdAg及内层的Ag、Cu）完成烧结。下表比较了三种MCM-C多

44、层基板的一些主要性能。三种三种MCM-CMCM-C多层基板的主要性能比较多层基板的主要性能比较项 目LTCC多层基板HTCC多层基板厚膜多层基板（96%Al2O3）备 注机械性能密度（g/cm3）2.53.13.63.7 挠曲度（m/mm）141412 表面粗糙度（m）0.220.500.36 抗弯强度（MPa）150320270320380400 热性能热导率（W/(mK)）2515202030 热膨胀系数CTE（ppm/）5.57.06.06.425300微组装工艺3、MCM-C多层基板技术-4三种三种MCM-CMCM-C多层基板的主要性能比较多层基板的主要性能比较（续）（续）电性能绝缘电

45、阻（）110121101211012100VDC介电强度（kVAC/mm）402840 介电常数K4.08.08.99.31MHz10GHz介质损耗0.00030.00030.0020.0001 导体电阻率（m/）5(Au)，3(Ag)15(W)5(Au),20(PdAg)厚膜电阻表层，埋置（无）表层 工艺性能共烧最大长度、宽度误差0.2%1.0%（N/A）共烧最大厚度误差0.5%5.0%（N/A）烧结后每层介质厚度(m)502001255001325 可重叠、共烧层数410044048 (*)(*)为表面导体层导体最小线宽/最小间距(m)75/100150/250100/150 最小通孔（m

46、）75150250250 (*)(*)为介质层开口微组装工艺4、LTCC型MCM-C及其特点-1典型的LTCC型MCM，是将表面印制有厚膜导体与内埋电阻图形并制作有金属化通孔的多个未烧结的柔性生瓷片，通过加热同时加压而叠压成整体结构，在最高温度约为850的大气环境下同时烧结，形成刚性的高密多层互连LTCC陶瓷基板，在其表面上再制作多层厚膜结构后，安装、互连IC裸芯片及其他微型元器件，并经最终封装而获得的。LTCC基板制作的简要工艺过程如下图所示。LTCCLTCC基板制作简要工艺过程示意基板制作简要工艺过程示意微组装工艺4、LTCC型MCM-C及其特点-2LTCC作为MCM-C的一种互连基板工艺

47、技术，在成本、性能方面介于MCM-L和MCM-D之间，具有许多优点，非常适合于制作高密度、高速、高可靠的MCM。与HTCC型MCM-C及高密度多层厚膜HIC相比，LTCC的主要优点是LTCC低的烧结温度和可在空气中烧结的特性，不但可以选用导电性好、熔点低的Au、Ag、Cu等金属作为互连导体而使电路性能得到显著改善，而且可以将多层导体布线结构和电阻、电容、电感等基本无源元件内埋集成在基板内，极大地提高了MCM-C的集成密度。厚膜介质无论是由浆料形式生成还是生瓷带形式，主要都是用于MCM-C多层导体的层间绝缘。厚膜介质浆料一般由陶瓷粉料、玻璃料、各种金属氧化物、有机粘接剂和溶剂混合制成；用于共烧陶

48、瓷的生瓷带也主要由同样的混合物组成，只不过玻璃含量较高，同时聚合物粘接剂使生瓷带在加工、干燥后具有橡胶状特性。生瓷带中的金属氧化物以及作为主要功能相而构成电阻、电容、电感等无源元件的金属氧化物，若是在HTCC的高温和还原性气体条件下烧结，将被完全还原成金属而失去应有功效。微组装工艺4、LTCC型MCM-C及其特点-3LTCC高的玻璃含量降低了它的介电常数K，使信号传输损耗低、速度快，有利于制作高速电路。LTCC允许使用现有标准的厚膜设备和工艺，投资费用低，只需添置程控冲孔机和层压机。LTCC技术发展的基础是可以按标准厚膜介质配方制备生瓷带以及其最高烧结温度与厚膜HIC相同，使得为标准厚膜HIC

49、开发的厚膜电阻器、厚膜电容器等材料均能适用。LTCC的主要不足：是较高的玻璃含量降低了共烧陶瓷基板的机械强度和导热能力。因此，应用中许多LTCC基板常要求粘接到支撑材料上来提高MCM-C的强度，开设热通道以便将元器件产生的热更快地传送到散热片上。微组装工艺4、LTCC型MCM-C及其特点-4下图为三种MCM-C技术特点比较，从下图可以看出，LTCC技术兼顾了厚膜HIC技术与HTCC技术二者的优点。三种三种MCM-CMCM-C技术特点比较技术特点比较微组装工艺4、LTCC型MCM-C及其特点-5综合起来，LTCC型MCM-C有如下特点：a）互连层数多，组装密度高，体积小，可进行子系统甚至系统级集

50、成；b）导电性高的贵金属互连，介电常数低，传输损耗小，频率特性好；c）CTE（热膨胀系数）与Si、GaAs、SiGe匹配，能可靠地进行裸芯片安装；d）散热性、抗冲击性较好，气密性封装，环境适应性强，长期可靠性高；e）可混合集成模拟、数字、数/模、RF（射频）等器件及电阻、电容、电感等元件，构成多功能组件；f）可在基板内埋置元器件；g）可进行电阻阻值微调和电路功能微调，获得高性能产品；h）工艺路线短，投资强度低，研产周期快，批生产性好。LTCC不仅布线层数多、组装密度高、电性能优、可靠性好，而且因元器件间互连的大幅缩短而更能充分地发挥高集成度、高速单片IC的性能，使电子装备的子系统级、系统级集成