[发明专利]3D Plus封装器件的装配工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种常用于航天领域产品的3D PLUS封装类器件的电子装配工艺方法。

背景技术

在航天和军用等高可靠性领域,电子封装的优劣是影响系统可靠性的重要因素,而电子封装可靠性的关键是焊点疲劳失效。3D PLUS作为宇航级细间距器件在卫星电子系统中发挥着重要作用，它采用了三维（3D）封装技术，与传统的表面贴装器件相比，3D PLUS封装形式的器件Z向尺寸较大、重心较高，其特殊的封装工艺带来了引线搪锡、焊接及防护等诸多工艺困难。3D封装技术是指元器件在2D的基础上，进一步向Z轴方向发展形成的3D高密度微电子封装技术，其芯片叠层方式主要包括凸点式、引线键合式、硅片穿孔式、载带式及柔性基板折叠式。柔性基板的芯片三维封装技术柔性三维（3D）电子封装技术又称立体电子封装技术，是在X-Y平面二维封装的基础上，向三维方向发展的高密度电子封装技术，与传统的单芯片封装相比有以下优势：（1）尺寸更小重量更轻。相比传统单芯片封装，尺寸和重量缩小了40~50倍。而相比MCM技术，体积缩小了5~6倍，重量减轻2~13倍；（2）硅片的使用效率更高。与二维封装相比，硅片效率超过100%；（3）利用柔性基板可弯曲的特性，将芯片平面封装后进行基板的弯折形成三维结构，芯片间的连接通过FPC的线路连接，减少了芯片间的线绑定连接，提高连接的可靠性；（4）使多叠层多芯片封装工艺简单化，结构简单化；（5）与其它封装技术有更好的互联和可接入性。基于柔性基板的3D封装从形式可划分为两大类，一类是基于柔性基板的内埋元器件封装，另一类是以柔性基板载体的折叠型3D封装。近年来三维（3D）封装技术受到世界各国的广泛关注，美国、欧洲各国、日本等发达国家均投入巨资进行相关的研究和开发。由于柔性印制电路新材料、新工艺的迅速发展，柔性基板折叠式立体封装技术已经成为业界的一个研究热点。

SMT是表面贴装技术(表面组装技术)，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。SMT组装工艺与焊接前的每一工艺步骤密切相关，其中包括PCB设计、元器件可焊性、组装操作、焊料/焊剂的选择等，而SMT组装工艺自身主要包含了三个工序，即印制板焊膏印刷、元器件贴片以及再流焊接。目前，电子产品再流焊接最常用的焊料是共晶锡铅合金：锡（Sn）63%；铅（Pb）37%，整个再流焊接过程可分为四个阶段：预热阶段、保温阶段、再流焊接阶段和冷却阶段。Sn63/Pb37焊料的熔点温度为183℃，焊接过程应严格控制温度，预热阶段升温速率应不大于2℃/S，如果升温斜率速度太快，一方面使元器件及PCB受热太快，易损坏元器件，易造成PCB变形；另一方面，焊膏中的熔剂挥发速度太快，容易溅出金属成份。保温阶段的主要目的是使印制板上各处元器件的温度趋于稳定，尽量减少温差；在这个阶段里给予足够的时间使较大元件的温度赶上较小元件，并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发，到保温段结束，焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去，整个电路板的温度达到平衡。再流焊接阶段首先峰值温度应控制在210℃—225℃内，其次，再流焊接时间应在60S—90S内，峰值温度低或再流焊接时间短，会使焊接不充分，不能生成一定厚度的金属间合金层，严重时会造成焊膏不熔；峰值温度过高或再流焊接时间长，则导致金属间合金层过厚，也会影响焊点强度，甚至会损坏元器件和印制板。冷却阶段中焊膏内的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面，要用尽可能快的速度来进行冷却，这样将有助于得到明亮的焊点和好的焊点外形以及低的接触角度，而缓慢冷却会导致产生灰暗毛糙的焊点；冷却段降温速率应控制不大于5℃／s，冷却至75℃即可。