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資訊信息

 

 

IPC看電子裝配工業的未來
新的IPC指引明確了電子裝配工業的未來趨勢和前面的挑戰。
   下一個新技術將在哪里崩出來?美國電子互連工業(electronic interconnetion industry)最新的國家技術指引提供了一系列的發展趨勢1。這個IPC文件介紹了最新的電子互連工藝過程。可是,要得到一個完整的答案,這個IPC的指引應該得到工業分析家的報告、表面貼裝委員會2和其它工業貿易文章的補充3。
   工業趨勢
   為了評估裝配技術的需求,應該研究一下可能在為了三到五年內發生的幾個趨勢:
表面貼裝,特別是陣列表面貼裝,將繼續增加,取代通孔元件。陣列技術將開始取代周圍引腳表面貼裝,就象表面貼裝取代通孔元件包裝一樣。裸裝芯片直接附著到有機電路板層技術也將增加。
陣列元件包裝,作為選擇的包裝形式,將取代高輸入/輸出(I/O)的周圍引腳元件。可制造性是推動這個取代過程的一個方面。
無鉛涂層的使用在未來四到八年里將大量增加。環境對裝配過程的壓力也將繼續增加。將采用諸如金/鎳/銅、鈀/銅和其它金屬的和/或有機的保護性涂層。
PCB將在尺寸和厚度上減少,互連密度上增加。高密度的互連(HDI, high-density interconnect)將作為增加板層數量的一個替代方法使用,提供更緊密的布線能力和減少板的尺寸和重量。必須消除板的翹曲以允許芯片規模包裝(CSP, chip-scale package)和直接芯片附著(DCA, direct chip attach)。
   技術迷霧
   元件包裝技術所描述的變化代表一個愿望,就是在更小的空間上作更多的東西。這個愿望的直接結果就是互連密度的增加。自從有PCB和集成電路以來,這個趨勢一直都是堅定不變的。
   因此,可預計制造過程要面對許多新的裝配技術以及與混合技術相關的壓力,這混合技術包括通孔、表面貼裝周圍引腳、表面貼裝球柵陣列(BGA)、CSP、裸芯片附著、小的離散元件貼裝、離散陣列附著、和新的PCB技術包括HDI和隱埋式離散元件。裝配的挑戰將是越多的互連出現,越多的機會犯錯。
   元件
   在日常制造中,陣列包裝已經變得更主流。盡管陣列在1997年剛出現,1.27mm的BGA現在很普遍。由于裝配品質的理由,陣列包裝比高輸入/輸出(I/O)周圍引腳表面貼裝元件更受歡迎。
   CSP和其它的BGA包裝也在不斷出現,間距在1mm或更精細,其使用在數量上不斷增加。很多的CSP制造商現在提供疊層式CSP(stacked CSP),即在包裝內部有兩個,有時三個芯片相互堆疊在一起。然后各自芯片引線綁接到基底插座。
   裸芯片的使用在增加,或者是引線綁接、倒裝芯片或者是膠劑附著。可是,這個技術還沒有用到傳統的電路板裝配,因為有圍繞KGD(known good die)和裝配修理的問題。現在裸芯片(bare die)比得上許多CSP,因為極端的互連密度包裝技術。
   集成無源元件
   電子工業將馬上看到集成無源元件的大量增加。工業對建立標準委員會的興趣增加。UL(Underwriters' Laboratories)對集成無源技術認證程序的求助要求也在增加。最近確認元件短缺的大量報告是現在的推動力,從來都是重要的成本減低是另一個因素。
   集成無源元件也將為最終產品改進設計,因為成百個元件可能從板上消失。雖然將得到成本的節約,但這很可能是短暫的,因為對另外一些功能的追求會增加更多的特征,把另外一些的元件增加到電路板上。
   0201無源元件
   人們已經看到另人驚奇的縮小的元件,離散元件包裝從平均的0805縮小到0603。更小的離散元件如0402的使用數量上正成為主流,0201的出現是作為下一個通用的尺寸。對更小離散元件的推動帶來了好處也帶來了挑戰。例如,0201的尺寸象鹽粒一樣,為開拓板的資源利用或增加功能提供了巨大機會。
   將來那些使用大量這類小元件的公司也可得到散裝喂料的好處。處理、貼裝和檢查這類元件是挑戰。我已經聽過許多故事,有人看著他們手上的斑點,認為這是從裝配上散落的0201。我能說的只是你不要對這這些元件打噴嚏。
   綠色制造問題
   含鉛焊錫已經存在許多年了。可是,對環境的關注已經開始一個新的努力,去尋找含鉛焊接系統和有機放射性材料的替代者。在1992年,就有相當的興趣去尋找錫/鉛焊錫的無鉛替代品。為這個努力的立法動力還不足以克服工業的阻力,使得為實施無鉛系統所需要的變化非常慢。也沒有足夠的數據來支持電子工業使用的鉛對環境有重大危害的說法。
   現在,興趣更新了,要求改變的壓力來自兩個方向。第一個是來自立法,歐洲聯盟正積極地考慮。有關電氣與電子設備中的廢料(WEEE, wastes in electrical and electronic equipment)的法令(WEEE Directive)將在一年后成為法律。象現在所建議的,電氣與電子設備中廢料的法令(WEEE Directive)包括含鉛焊錫的材料禁止,將在2008年一月生效。雖然這是在歐洲的,這個指令將影響售賣電子產品到歐洲的所有公司。
   主要競爭/市場的壓力也在起作用,它比立法壓力更大。日本宣稱制造無鉛焊錫的消費產品是可能的。這些產品在日本銷售,今年將沖擊美國。日本消費者顯示出對購買那些他們認為更環境良性的產品的興趣。這個興趣也已經得到在美國作的調查的證實。市場的壓力之大,它可推動立法所不能做到的變化。
   在歐洲和日本的公司也已經把溴處理火焰阻滯劑的減少或消失作為目標,雖然WEEE法令特別免除了FR-4中使用的主要火焰阻滯劑,四溴二苯酚(TBBA, tetrabromo bis-phenol)。WEEE法令是提到其它的火焰阻滯劑,由于對在焚化期間二惡英(dioxin)和呋喃(furan)形成的關注。可是,TBBA在焚化期間不形成這兩種化合物。盡管如此,在開發更環境有好的消費產品的努力中,日本和全世界的電路絕緣板制造商都在積極尋找替代產品。
   在改變電路基板和連接材料中都存在許多挑戰。最重要的似乎是改變的溫度沖擊。正在研究和使用的大多數替代合金回流的溫度比錫/鉛合金高得多。由于潮濕敏感對元件的影響現在還不知道,但是一個重要關注。配合這個關注的是考慮中的無鹵絕緣板,大多數都具有比現有的FR-4材料更低的玻璃態轉化溫度(glass transition temperature)。
   現在,幾家元件和絕緣材料制造商正在進行工作,以使其顧客相信他們的材料將滿足溴化物減少/消失的要求,以及經受得住高達260°C的過程溫度。
   EMS輸出增長
   雖然電子制造服務(EMS, electronic manufacturing service)可能不是一個新興的趨勢,但它肯定是一個擴大的趨勢。EMS工業在過去兩年增長巨大。許多原設備制造商(OEM, original equipment manufacturer)以及決定,外購設計與制造比把這些當作核心能力保留更成本高效。其結果是EMS的輸出正以OEM制造兩倍的速度增長。
   隨著OEM將其產品的設計和裝配轉包合同給他人,那些需要用來對新產品設計審查的OEM內部可利用的精良設計(DFX, design for excellence)的技巧將減少。這個減少是由于計算機輔助設計(CAD, computer-aided design)系統的消耗和改變、元件包裝技術的進化和裝配/測試技術的進步。OEM將要求從他們的EMS提供商得到更多的支持,來完成精良設計(DFX),這作為一項基本的服務或額外付費的延伸服務。
   隨著及時到達市場(time-to-market)作為新產品推廣的主要驅動力,對DFX分析的傳統檢查方法已不再合乎成本效益。在EMS環境中,從一開始就要求積極的一致的工程協作,以確保達到OEM對產品可供應性、性能和成本的期望。
   持續的挑戰
   從事國家技術指引(National Technology Roadmap)的專家已經為電子裝配工業指出了及個持續的挑戰:
用于各種環境使用的陣列元件包裝的二級(焊接點)附著可靠性模型的研究,包括離散元件陣列。
對陣列元件包裝的、更好的過程兼容性,包括對潮氣敏感性的、改進的包裝防護。
改進基板,為陣列包裝元件在裝配期間提供更好的平面度。
KGD(known good die)的更好的、成本高效的可獲得性。
HDI 電路板(PWB)技術的成本高效的可獲得性。
   總結
   表一代表了制造業未來所期望的進化。它展示了與電子裝配有關的在材料和工藝上所期望的變化。永遠變化的趨勢將引起一些小波浪,但是國家技術指引將繼續潛心研究未來的發展。

 


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