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逆序组装技术

发布时间:2011/8/25 10:42:39 访问次数:1298

     近年,一种被称为逆序组装的全新的电子制造工艺引人注目,尽管目前这种技术还处于实验室研究和评估阶段,但工艺思路的创新性和相比常规工艺的优越性令人耳目一新。
    所谓“逆序组装工艺”是相对常规工艺而言的。常规的电子组装工艺,无论通孔插装还是表面贴装,都是先设计制造印制电路板,而后在印制电路板上安装元器件并通过焊接完成电路连接,即先布线后安装元器件;“逆序组装工艺”则是先放置好元器件再进行布线,将PCB制造和组装制造融合在一起了,如图5.5.12所示.       BCM1101C0KPBG

                     
    1.逆序组装工艺背景
    现代常规工艺面临的严峻挑战:
    ①强制法规(如:RoHS)规定电子产品必须实施无铅化生产,但目前工业化的无铅焊接工艺提高了温度,形成“无铅”但不环保的生态新危机;
    ②无铅化要求元器件和印制电路板承受更高的温度,带来难以预测的可靠性问题;
    ③无铅化元器件和印制电路板表面涂覆广泛采用纯锡而导致的锡鬃、电迁移等风险;
    ④越来越小的封装尺寸和组装成本压为对组装工艺的可靠性带来不确定因素。
    上述这些目前似乎难以逾越的障碍,采用逆序组装工艺,问题可迎刃而解。

    2.奥克姆工艺简介       
    目前正在研发的逆序组装工艺有聚合物内芯片(chip in polymer)工艺、奥克姆工艺和逆序加成工艺3种。这3种工艺具体工艺方法有差别,但基本流程相同,即“先放元件后布线”,我们以奥克姆工艺为例简单介绍。
    由于这种工艺的概念灵感来自于哲学家和逻辑学家Occam(奥克姆)的“以简胜繁”理念,因而命名为Occam工艺。
    奥克姆工艺最突出的特点是以简化制造工艺。常规工艺与奥克姆工艺流程对比如图5.5.13所示,可以看出,奥克姆工艺使组装工艺简化了。
    奥克姆工艺的主要流程(见图5.5.14):
    ①元件贴放一一将元器件按设计布局位置贴放到基板上,形成组装板;
    ②基板模封一一使用灌封胶对组装板进行模封;
    ③引线打孔——翻转组装板,通过打孔露出元器件引线;
    ④镀铜填孔——电镀铜以填满引线孔,形成引线接点层;
    ⑤涂覆绝缘——在引线接点层上涂覆绝缘材料,并形成露出引线接点的连接层;
    ⑥电路互连一一在连接层上电镀铜,并通过多层叠加形成设计的电路连接;
    ⑦保护涂覆——在最后成形的电路板上,对不需要进一步互连的部铃涂覆保护材料。

             

      此外,奥克姆工艺还可以通过叠加互连实现复杂的3D组装电路,可以适应高复杂产品的组装要求,如图5.5. 15所示。

                       

       3.逆序组装工艺特点
    (1)以简胜繁  电子制造由3大环节(元器件制造、印制电路板制造、组装制造)简化为2大环节(元器件制造、组装制造),完全不采用传统的焊料互连,可大大简化电子产品的制造方法;
    (2)绿色制造免焊接、免清洗、无铅无卤,电气互连过程在低温下进行,符合“绿色制造”的要求;
    (3)工艺保证组装中使用的贴放、涂覆、打孔、镀铜等工艺都是目前常见的、低风险的、成熟的技术,工艺质量有保证;
    (4)因为该工艺无需使组装板暴露在回流焊的高温中,所以不会发生“爆米花”分层现象(对吸湿不敏感)。这意味着元器件不要求进行干燥储存。由于组装过程不经历温度回流,因此可以直接组装那些不能承受回流温度的元件(如铝电容、光电器件、连接器等);
    (5)可靠性高可实现全铜连接、组件引脚间的直接连接、无镀层连接等可靠互连;无镀层材料兼容性、金属间化合物、焊剂污染、锡鬃等风险,提高产品使用可靠性。  A1460A


 

     近年,一种被称为逆序组装的全新的电子制造工艺引人注目,尽管目前这种技术还处于实验室研究和评估阶段,但工艺思路的创新性和相比常规工艺的优越性令人耳目一新。
    所谓“逆序组装工艺”是相对常规工艺而言的。常规的电子组装工艺,无论通孔插装还是表面贴装,都是先设计制造印制电路板,而后在印制电路板上安装元器件并通过焊接完成电路连接,即先布线后安装元器件;“逆序组装工艺”则是先放置好元器件再进行布线,将PCB制造和组装制造融合在一起了,如图5.5.12所示.       BCM1101C0KPBG

                     
    1.逆序组装工艺背景
    现代常规工艺面临的严峻挑战:
    ①强制法规(如:RoHS)规定电子产品必须实施无铅化生产,但目前工业化的无铅焊接工艺提高了温度,形成“无铅”但不环保的生态新危机;
    ②无铅化要求元器件和印制电路板承受更高的温度,带来难以预测的可靠性问题;
    ③无铅化元器件和印制电路板表面涂覆广泛采用纯锡而导致的锡鬃、电迁移等风险;
    ④越来越小的封装尺寸和组装成本压为对组装工艺的可靠性带来不确定因素。
    上述这些目前似乎难以逾越的障碍,采用逆序组装工艺,问题可迎刃而解。

    2.奥克姆工艺简介       
    目前正在研发的逆序组装工艺有聚合物内芯片(chip in polymer)工艺、奥克姆工艺和逆序加成工艺3种。这3种工艺具体工艺方法有差别,但基本流程相同,即“先放元件后布线”,我们以奥克姆工艺为例简单介绍。
    由于这种工艺的概念灵感来自于哲学家和逻辑学家Occam(奥克姆)的“以简胜繁”理念,因而命名为Occam工艺。
    奥克姆工艺最突出的特点是以简化制造工艺。常规工艺与奥克姆工艺流程对比如图5.5.13所示,可以看出,奥克姆工艺使组装工艺简化了。
    奥克姆工艺的主要流程(见图5.5.14):
    ①元件贴放一一将元器件按设计布局位置贴放到基板上,形成组装板;
    ②基板模封一一使用灌封胶对组装板进行模封;
    ③引线打孔——翻转组装板,通过打孔露出元器件引线;
    ④镀铜填孔——电镀铜以填满引线孔,形成引线接点层;
    ⑤涂覆绝缘——在引线接点层上涂覆绝缘材料,并形成露出引线接点的连接层;
    ⑥电路互连一一在连接层上电镀铜,并通过多层叠加形成设计的电路连接;
    ⑦保护涂覆——在最后成形的电路板上,对不需要进一步互连的部铃涂覆保护材料。

             

      此外,奥克姆工艺还可以通过叠加互连实现复杂的3D组装电路,可以适应高复杂产品的组装要求,如图5.5. 15所示。

                       

       3.逆序组装工艺特点
    (1)以简胜繁  电子制造由3大环节(元器件制造、印制电路板制造、组装制造)简化为2大环节(元器件制造、组装制造),完全不采用传统的焊料互连,可大大简化电子产品的制造方法;
    (2)绿色制造免焊接、免清洗、无铅无卤,电气互连过程在低温下进行,符合“绿色制造”的要求;
    (3)工艺保证组装中使用的贴放、涂覆、打孔、镀铜等工艺都是目前常见的、低风险的、成熟的技术,工艺质量有保证;
    (4)因为该工艺无需使组装板暴露在回流焊的高温中,所以不会发生“爆米花”分层现象(对吸湿不敏感)。这意味着元器件不要求进行干燥储存。由于组装过程不经历温度回流,因此可以直接组装那些不能承受回流温度的元件(如铝电容、光电器件、连接器等);
    (5)可靠性高可实现全铜连接、组件引脚间的直接连接、无镀层连接等可靠互连;无镀层材料兼容性、金属间化合物、焊剂污染、锡鬃等风险,提高产品使用可靠性。  A1460A


 

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