前言

现代电子制造技术的发展日新月异，电子产品生产更快、体积更小、价格更廉价的要求推动了电子制造技术的革命。微电子技术的高速发展和进步给人类社会带了更多的好处和福音，但也给现代电子制造带来了更多的问题和挑战。不断缩小的封装很快使周边引线的方式走到了极限；不断细微化的微小间距面阵列封装成了从事电子安装者们的梦魔。为了达到最高的性能，人们不得不直接使用板上芯片（COB）、例装芯片（FC）和直接芯片安装（DCA）的方式，将芯片或者引线直接焊接到PCB上。但芯片、引线和TAB几乎和封装一样均要增加引线电感系数。显然，高性能是将裸芯片直接倒装和焊接到其下面的基板上来实现的。因为在倒装芯片工艺中不涉及引线或引脚，几乎完全摒弃了传统的封装方式，改变了传统产品制造技术的格局。

摩尔定律不是一个自然法则，它取名于传奇的哥登·摩尔（世界上最大的芯片制造商创始人）。这个定律叙述在一个硅晶片上的晶体管数量将每隔18个月翻一番。“摩尔定律现在还正确，但其统治即将结束”，这是Intel的科学家鲍尔·帕科曼的观点。他认为一旦进入0.10微米技术时代，因为导线之间的绝缘原子不足以区分0与1（关或开），电子可能击穿绝缘材料，因此引起不希望发生的短路。

封装寄生现象——那些不希望有的引脚（封装外）和连接引线（封装内）的分布电感与电容，阻碍了电子速度。PCBA主板上连接不同芯片封装的连线把电子的速度降得更低。因此，芯片封装、印制电路设计和PCBA安装工程师们正面临着更大的挑战。

安装还要完成一些非常重要的功能。例如，给芯片提供电源，保持芯片冷却。如果热量不能有效地消散，较高的温升（硅芯片温度）将减慢电子速度。因此，设备制造工程师们不得不使用各种散热措施以保持空气流通而又不使设备产生噪声。

自组装技术（生产过程中使用自然原理）概念的提出，揭示了电子制造的一场新的技术革命开始急流涌动，它利用了下述几方面的概念：

① 自然界以其自身的方式形成高度复杂的物质对象，使物质本身连续不断地耦合无数同样的基本元素来形成自身，小到分子，大到肉眼可见的颗粒及万物。DNA双螺旋线是生物学领域中自组装系统的例证，实际上，晶体栅格的形成过程也可以用同样的原理解释。所有这些结构的共同点是：在热动力学平衡中，它们并非依靠共价化学键来结合。因此，它们虽然非常容易受到机械力或热力的冲击，但可以不断地自动调整或自身修复，还可通过每个颗粒或细胞所固有的属性来形成，这些属性包括表面张力和分子间耦合力。

合成技术领域中的自组装工艺技术需要对某些环境条件进行过程控制才能获得想要的属性和结构，这些环境条件包括压力、温度、分子力或电场／电磁场力。

② 随着半导体和微机械元器件尺寸小到纳米级，基于机械组装系统和焊接技术的传统组装和连接技术将遇到严重的挑战。D.O.Popa提出了“封装差距”，若继续遵守摩尔定律的话，就会在2010年以后的十年中发生“组装危机”。他还指出：组装和封装复杂电子系统的成本将占到整个系统制造成本的60%～90%。D.O.Popa称：按当前的组装过程及它们将来的生存能力开发了一种分类等级。用当前的组装设备定位中型元器件相对简单（中型元器件的定义是指元器件每端测量高度高于1 mm）。越来越明显的缺点是：原理上拾取和贴装环节是个连续过程，每次只能贴装一个元器件。主要的物理效应是利用地心吸引力和摩擦力。在不久的将来，如果元器件的尺寸再继续减小的话，将会由毫米级缩减到微米级，并且还将会继续减小。因此，必须使用地面效应、静电学和范徳华力来处理微小的元器件。

串行处理这些小元器件已是不再可行的。在大量组装纳米级元器件时，已不再使用机械工具的方法来精确定位元器件了。主要影响这些元器件精确定位和贴装的因素是极小分子间的相互作用力。由此可见，基于机械方式的串行处理技术将会完全失效。

③ 现在已到了使用并行贴装技术取代串行贴装的时候了。A.Singh等人所提出的方法是：使用移动的方式将预先搭建整个系统的薄膜图形转移到基板上，使用类似“3D打印”的方式可以并行地制造整个电路图形。从效果上讲与喷墨或印刷到基板的思维是相似的。

④ 减小器件和基板焊凸点间的表面能是定位中型级元器件的另一种思想，这种方法需把焊凸点加热到高于熔点的温度。通过组装的轻微振动可纠正错误的定位，振动可以使元器件离开错误的位置并进行重新定位。但是，该技术不能在元器件定位方面提供选择性。利用元器件与基板之间的表面能进行定位，正是H.O.雅各布等人在哈佛大学开发的技术。

撰写本教材的目的：使正在从事电子制造的工程师们（包含工艺工程师、质量工程师、生产管理工程师、物流配送工程师等）在系统地掌握现阶段电子制造技术的同时，前瞻性地了解一些下一场电子制造技术革命的方向和内容。目前正处于这场新技术革命的萌发期，我们应从现阶段电子产品制造中不断涌现的一些新的瓶颈问题和挑战中，从科学原理上来逐步揣测、体会、认识和迎接这场新技术革命的到来。

中兴通讯是国内拥有世界一流现代化生产设备和手段的大型通信设备供应商。长年以来公司董事长侯为贵先生始终把不断发展公司产品制造技术和人才队伍的建设摆在公司发展的重要位置。

遵循侯董事长对中兴电子制造职业学院教材建设的指示，在公司执行副总裁邱未召先生的直接领导下，我们编著了《现代电子装联高密度安装及微焊接技术》这本书，作为公司电子制造职业学院工程师研修班的教材，目的就是引导我们的电子制造工程师们，更好地从现阶段的技术内容过渡到未来的新的技术内容时代。

在本书的编写过程中，得到了中兴通讯股份有限公司高级副总裁陈健洲先先、公司高级顾问马庆魁先生、公司人力资源部曾力部长、公司制造中心主任董海先生、副主任丁国兴先生、HR部李晓明部长、质量部林彬部长，中兴通讯电子制造职业学院汪芸副院长、张加民副院长等领导的关怀和帮助，在此表示衷心的感谢。

作者在完成这一书稿过程中得了公司制造中心和制造技术研究院的刘哲、邱华盛、孙磊、史建卫、潘华强、付红志等同志的协助，在此表示由衷的感谢。

樊融融
2015年10月30日
于中兴通讯股份有限公司