微组装生产线工艺设计规范[附条文说明]GB/T51198-2016

 前言

中华人民共和国国家标准

微组装生产线工艺设计规范

Code for micro-assembling production line process design

GB／T 51198-2016

主编部门：中华人民共和国工业和信息化部

批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部

施行日期：2017年7月1日

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

第1347号

住房城乡建设部关于发布国家标准《微组装生产线工艺设计规范》的公告

现批准《微组装生产线工艺设计规范》为国家标准，编号为GB／T 51198-2016，自2017年7月1日起实施。

本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部

2016年10月25日

前言

本规范是根据住房城乡建设部《关于印发<2012年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标[2012]5号)的要求，由工业和信息化部电子工业标准化研究院电子工程标准定额站和中国电子科技集团公司第二研究所会同有关单位共同编制完成。

本规范在编制过程中，编制组在调查研究的基础上，总结国内实践经验、吸收近年来的科研成果、借鉴符合我国国情的国外先进经验，并广泛征求了国内有关设计、生产、研究等单位的意见，最后经审查定稿。

本规范共分6章和1个附录，主要内容包括：总则、术语、微组装基本工艺、工艺设备配置、工艺设计、厂房设施及环境等。

本规范由住房城乡建设部负责管理，工业和信息化部负责日常管理，中国电子科技集团公司第二研究所负责具体技术内容的解释。本规范在执行中，请各单位注意总结经验，积累资料，如发现需要修改或补充之处，请将意见和建议寄至中国电子科技集团公司第二研究所(地址：山西省太原市和平南路115号；邮政编码：030024)，以供今后修订时参考。

本规范主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人：

主编单位：工业和信息化部电子工业标准化研究院电子工程标准定额站

中国电子科技集团公司第二研究所

参编单位：信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司

中国电子科技集团公司第二十九研究所

中国航天科工集团公司二院第二十三研究所

中国电子科技集团公司第十四研究所

中国兵器工业集团公司第二一四研究所

中国电子科技集团公司第四十三研究所

主要起草人：晁宇晴 薛长立 郑秉孝 李悦 余春雷 何中伟 闫诗源 李孝轩 高能武 何长奉 姜伟卓 王正义 王贵平 乔海灵

主要审查人：沈先锋 万铜良 程凯 王开源 黄文胜 邱颖霞 常青松 崔洪波 丁晓杰

1总则

1  总    则

1.0.1  为规范微组装生产线工程建设中工艺设计内容、范围、厂房设施要求及动力供应，保证微组装生产线工程建设做到技术先进、安全适用、经济合理、节能环保，制定本规范。

▼ 展开条文说明
1.0.1  目前，微组装技术已经成为国内微电子技术领域的发展重点和投资热点，“十一五”到“十二五”期间国内投资建设了多条微组装生产线，由于缺乏统一的专业标准，微组装生产制造工艺技术和产品检测方法不统一，一定程度上制约了微组装技术的推广应用，影响了微组装工艺线的建设成效。
本规范的制定，旨在为微组装生产线的建线提供较为全面和系统的技术指导和依据，推动国内微组装技术的进步和发展。
微组装生产线的设计必须遵守工程建设的基本原则，应根据产品的质量要求、功能和应用领域，生产线的运行管理水平，成本控制和节能、环保等因素，经技术和经济比较后合理选择微组装工艺流程和设备。要做到技术先进、安全适用、经济合理、操作方便、确保质量。微组装生产线的设计“技术先进”是要求微组装生产线的设计科学，采用的微组装工艺和设备先进、高效、成熟。“安全适用”是要求微组装设备和工艺稳定可靠，满足生产需求。“经济合理”则是要在保证安全可靠、技术先进的前提下，节省工程投资费用和日常运行维护成本。“操作方便”是要满足日常操作运行、检修维护的便利和快捷的需求。“确保质量”是要求微组装生产线生产出的产品一致性好，合格率高。
微组装生产线工艺设计应为施工安装、调试检测、安全运行、维护管理提供必要条件。

1.0.2  本规范适用于混合集成电路组装封装工艺的微组装生产线新建、扩建和技术改造。

▼ 展开条文说明
1.0.2  微组装技术采用微焊接等工艺技术将各种半导体集成电路芯片和微型化片式元器件组装在高密度多层互联基板上，形成高密度、高速度、功能集成、高可靠的三维立体机构的高级微电子组件，可实现电子系统的小型化、轻量化、高性能、多功能和高可靠性。
在军事方面，微组装技术已成为相控阵雷达T／R(发射／接收)组件制造、电子战设备微波集成组件制造、多芯片组件技术的核心技术，广泛应用于雷达、通信、电子对抗、制导等产品领域；在民用方面，微组装技术及其应用产品广泛涉及计算机、无线通信、汽车电子、医药电子、娱乐信息等应用领域。

本规范中所指的微组装包括组装、封装两部分工艺，组装是在基板上贴装芯片等元器件并完成各元器件与基板间的电学互连的工艺操作与检验，封装则是将基板或在基板上已完成元器件组装的电路功能衬底安装到封装外壳中，并实现气密封盖的工艺操作与检验。

1.0.3  微组装生产线工艺设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语

2 术 语

2.0.1 微组装 micro-assembling

在高密度基板上，采用表面贴装和互连工艺将构成电子电路的集成电路芯片、片式元件及各种微型元器件组装，并封装在同一外壳内，形成高密度、高速度、高可靠性的高级微电子组件。

2.0.2 环氧贴装 epoxy die attaching

用导电或绝缘环氧树脂胶将裸芯片和(或)片式阻容元件贴装在基板上，并通过加热固化环氧树脂实现芯片(元件)与基板间的物理连接。

2.0.3 再流焊 reflow soldering

在电路板的焊盘上预涂的焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却，将元器件焊接到印制板上的工艺。

2.0.4 共晶焊 eutectic soldering

将二元或三元合金焊料加热到不小于其共熔温度(也即共晶温度)而熔融，并经冷却直接从液态共熔合金凝固形成固态共晶合金，实现芯片等元件的焊接的工艺。

2.0.5 倒装焊 flip chip bonding，FCB

一种IC裸芯片与基板直接安装的互连方法，将芯片面朝下放置，通过加热、加压、超声等方法使芯片电极或基板焊区上预先制作的凸点变形(或熔融塌陷)，实现芯片电极与基板焊区间的对应互连焊接的工艺。

2.0.6 引线键合 wire bonding

使极细金属丝的两端分别附着在芯片、基板或外壳引脚上，从而在它们之间形成电气连接的工艺。

2.0.7 平行缝焊 parallel seam sealing

借助于平行缝焊系统，由通过计算机程序控制的高频大电流脉冲使外壳底座与盖板在封装界面缝隙处产生局部高热而熔合，从而形成气密性封装的一种工艺手段。

2.0.8 激光焊 laser welding

以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的工艺。

2.0.9 钎焊 braze welding

采用熔点或液相线温度比母材低的填充材料(钎料)，在加热温度低于母材熔点的条件下实现金属间冶金结合的工艺。

2.0.10 涂覆 coating

在电路板特定区域运用机械的、化学的、电化学的、物理的方法施加塑性的或非塑性的非导电薄层涂料，起环境保护和(或)机械保护作用。

3微组装基本工艺

3.1 一般规定

3  微组装基本工艺

3.1  一般规定

3.1.1  微组装主要生产工艺应包括芯片和基板贴装、互连、密封工艺；辅助工艺包括真空烘焙、清洗、涂覆、测试工艺。

3.1.2  微组装生产线加工工艺应根据混合集成电路、多芯片组件等微组装产品的性能指标与质量要求确定。

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3.1.2  混合集成电路、多芯片组件的微组装应包括下列主要工艺：
(1)环氧粘片：用环氧树脂胶将芯片、片式电阻器、片式电容器、微型元器件等粘贴在基板的表面上。
(2)基板粘接：用绝缘环氧树脂膜或绝缘环氧树脂胶将基板或在基板上已完成元器件组装的电路功能衬底安装到封装外壳中。
(3)再流焊：用软合金焊料膏(如Sn63Pb37焊膏)将元器件焊接在基板上(表面组装)或将基板焊接在外壳底座中。
(4)共晶焊：用合金焊料片(如Au80Sn20焊片)将元器件焊接在基板上或将基板焊接在外壳底座中。
(5)引线键合：芯片与基板间的内引线键合及基板与外壳引脚间的外引线键合。
(6)倒装焊：将凸点IC芯片功能面朝下倒扣装连在基板上。
(7)平行缝焊：利用大电流脉冲熔封外壳盖板到底座上，实现产品的气密封装。
(8)激光封焊：利用高能量激光束熔封外壳盖板到底座上，实现产品的气密封装。
(9)涂覆：用绝缘或聚合物胶保护元器件或实现加固。
(10)固化(烘干)：作为粘接、涂覆等工艺的一部分，加热环氧胶、环氧膜或涂覆料，使其形成固体而实现连接或使其获得目标功效。
(11)清洗：作为辅助工艺，用于元器件、外壳、基板、半成品电路的表面附着污染物、氧化层的去除。
(12)检验：作为上述各工艺的一部分或持续工作，通过显微镜目检、电学力学性能测试等方法，考核工艺加工质量是否达到要求。

3.1.3  微组装工艺流程设计应符合下列规定：

   1  微组装工艺应按温度从高逐步到低进行操作，各工艺应按共晶焊、再流焊(表面组装)、倒装焊、粘片、引线键合、密封的次序降序排列。

   2  半导体器件的贴装，应采取防静电措施。

   3  微组装工艺应符合电子元器件常规组装顺序规定：

       1)先粘片后引线键合；

       2)先进行内引线键合后进行外引线键合；

       3)完成器件装连后应进行产品电性能测试。

   4  共晶焊、再流焊、表面组装、芯片倒装焊后，当有助焊剂残留时应进行清洗，芯片倒装焊后应进行下填充。

   5  每一种微组装工艺完成后，应完成相应的工序检验。

3.2 环氧贴装

3.2  环氧贴装

3.2.1  采用环氧贴装工艺应符合下列规定：

   1  贴装发热量不高、对湿气含量无严格要求的中小功率器件、无引线倒装器件、片式元器件以及将基板贴装到封装外壳中时，宜采用环氧贴装工艺；

   2  有欧姆接触要求的器件应采用掺银或金的导电环氧胶进行贴装；

   3  无欧姆接触要求的器件宜采用绝缘环氧胶贴装；

   4  有散热要求的器件应采用导热环氧胶贴装。

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3.2.1  环氧贴装是使用环氧胶将器件或基板固定于装配图纸要求的位置上，形成牢固的、传导性或绝缘性的连接。环氧贴装具有良好的连接强度，工艺设备简单，更换方便，经济实惠。环氧贴装工艺可分为以下三种：
(1)导电环氧粘片：采用掺银或金(大多数是掺银)的导电环氧树脂胶将元器件贴装在基板上，同时实现与基板的机械与电学连接。
(2)绝缘环氧粘片：采用绝缘环氧树脂胶将元器件贴装在基板上，仅实现与基板的机械连接。
(3)基板粘接：采用绝缘环氧树脂膜或绝缘环氧树脂胶将基板或在基板上已完成元器件组装的电路功能衬底贴装到封装外壳中，仅实现基板与外壳的机械连接。

3.2.2  环氧贴装工艺的主要工序应符合下列规定：

   1  应按规定方法配制多组分浆料型环氧胶，环氧胶使用前应充分搅拌均匀并静置或真空除泡；环氧胶在冷冻环境下贮存时，使用前应在室温下放置，充分解冻；

   2  环氧贴装前待贴装件应保持洁净；

   3  可采用滴注点涂、丝网印刷、模板印刷等方法将环氧胶涂布在基板上元器件待安装位置，手工或采用贴装设备将环氧膜片排布在外壳底座上；

   4  将待安装的元器件准确放置在基板的环氧胶上，或将基板或电路功能衬底压着在外壳底座上已排布好的环氧膜上，应按粘接剂的使用要求完成粘接固化；

   5  宜采用加热、热压、紫外光照射等方法将粘接剂固化；

   6  固化后应清除多余的环氧胶；

   7  应用显微镜检查芯片、器件的外观和环氧贴装质量；

   8  应对完成贴装后的元器件进行端头通断测试。

▼ 展开条文说明
3.2.2  环氧贴装的主要工序。
1  常用环氧胶的主要性能与工艺参数见表1。
5  固化的目的是实现元器件在基板上或基板／电路功能衬底在外壳中的安装连接。
表1  常用环氧胶的主要性能与工艺参数

3.2.3  环氧贴装的工艺运行条件应符合下列规定：

   1  贴装元器件工艺宜在等于或优于8级净化区中完成；

   2  固化过程应有排风系统；

   3  称量、混合、配胶、清洗工序应在通风柜内进行。

▼ 展开条文说明
3.2.3  环氧贴装工艺运行条件。
3  为避免吸入有毒气体，称量、混合、配胶、清洗过程应在通风柜内进行。

3.3 再流焊

3.3 再流焊

3.3.1 再流焊工艺宜适用于元器件在基板上的表面组装或将基板焊接在外壳底座中。

3.3.2 再流焊工艺的主要工序应符合下列规定：

1 应采用软合金焊料膏，使用前应充分搅拌均匀并静置排泡；

2 宜采用模板印刷、滴注点涂方法将适量的焊料膏涂布在基板(外壳)底座上；

3 应采用贴片机或采用手工方式将待安装的各元器件(基板)准确地放置在焊膏图形层上；

4 应使用再流焊炉或热板，通过适当的“温度-时间”曲线完成焊膏再流过程；

5 应采用清洗工艺除净已焊接产品中的助焊剂、锡渣等多余物，并应烘干产品；

6 应用显微镜检查芯片、器件的外观和再流焊贴装质量；

7 应对完成贴装后的元器件进行无损检测和破坏性试验。

3.3.3 再流焊的工艺运行条件宜符合下列规定：

1 再流焊工艺宜在等于或优于8级净化区中完成；

2 再流焊宜在氮气或氮氢混合的保护气氛中进行。

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6.10 大宗气体系统

6.10  大宗气体系统

6.10.1  洁净室内的气体管道的干管，应敷设在技术夹层或技术夹道内。

6.10.2  气体过滤器应根据产品生产工艺对气体洁净度要求选择和配置，终端气体过滤器应设置在靠近用气点处。

6.10.3  氮气系统宜采用液氮经气化后经管道供至设备。

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6.10.3  液氮汽化后的氮气可满足工艺要求，也都属非易燃、易爆气体，选择液氮还可满足个别需用液氮的工序，是最经济、最适用的选择。

6.10.4  氢气、氦气和氩气宜采用瓶装气体在设备旁或技术夹道内就近供应。

 附录A微组装基本工艺流程

附录A 微组装基本工艺流程

A.0.1 微组装基本工艺流程宜划分为基板与外壳粘接型(图A.0.1)、基板与外壳焊接型(图A.0.2)两种。

图A.0.1 基板与外壳粘接型微组装基本工艺流程

图A.0.2 基板与外壳焊接型微组装基本工艺流程

 本规范用词说明

本规范用词说明

1 为便于在执行本规范条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：

1)表示很严格，非这样做不可的：

正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；

2)表示严格，在正常情况下均应这样做的：

正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；

3)表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：

正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；

4)表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执行”。

 引用标准名录

引用标准名录

《建筑设计防火规范》GB 50016

《洁净厂房设计规范》GB 50073

《电子工业洁净厂房设计规范》GB 50472

《电子工程环境保护设计规范》GB 50814

《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB 12348