2.1 先进电子制造技术
先进制造技术AMT(Advanced Manufacture Technology)的概念源于20世纪80年代。它是对在制造过程和制造系统中融合电子、信息和管理技术,以及新工艺、新材料等现代科学技术,使材料转换为产品的过程更有效,成本更低,并能更及时地满足市场需求的先进工程技术的总称。
1.先进电子制造技术体系
图2.1是美国机械科学研究院提出的由多层次技术群构成的先进制造技术体系,该体系强调了先进制造技术从基础制造技术、新型制造单元技术到先进制造集成技术的发展过程。
图2.1 先进制造技术体系
先进电子制造技术是对一系列高技术思想和方法的总称,一般认为包括三大技术群,即主体技术群、支撑技术群和管理技术群,如表2.1所示。
表2.1 先进电子制造技术的主要内容
2.电子制造
电子制造(Electronic Manufacture)有广义和狭义之分。广义的电子制造包括电子产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。狭义的电子制造则是指电子产品从硅片开始到产品系统的物理实现过程。一个电子产品的制造过程大致如图2.2所示。图中被椭圆框包含的部分称为电子组装,而晶片的制造则称为半导体制造(Semiconductor Manufacturing)。
图2.2 电子产品的制造过程
电子组装指的是从电路设计的完成开始,将裸芯片(Chip)、陶瓷、金属、有机物等物质制造(封装)成芯片、元件、板卡、电路板,最终组装成电子产品的整个过程。半导体制造指的是利用微细加工技术将各单元器件按一定的规律制作在一块微小的半导体片上进而形成半导体芯片的过程,也称为集成电路制造。
封装技术(Packaging)就是如何将一个或多个晶片有效并可靠地封装和组装起来。电子封装可分为晶片级封装(零级封装)、器件封装(一级封装)、板卡组装(二级封装)和整机的组装(三级封装),如图2.3所示。通常把零级和一级封装称为电子封装(技术),而把二级和三级封装称为电子组装(技术)。二级封装主要有两大技术:通孔组装技术THT和表面组装技术SMT,SMT技术已成为电子生产领域里的主流技术,垄断着电子组装的生产。
电子制造技术与众多科学技术领域相关联,其中最主要的有应用物理学、化学工程、光学、电气电子工程学、机械工程、金属学、焊接、工程热力学、材料科学、微电子学、计算机科学、工业设计、人机工程学等。除此之外,还涉及数理统计学、运筹学、系统工程学、会计学等与企业管理有关的众多学科,这是一门综合性很强的技术学科。电子制造技术的技术信息分散在广阔的领域中,与其他学科的知识相互交叉、相辅相成,成为专有技术密集的学科,所以,对电子工程技术人员的知识面及实践能力的要求比较高。
图2.3 电子封装和组装
3.电子制造工程
电子信息制造产业链是由原材料供应、研制、生产,直到最终产品的市场销售和服务等环节所构成的复杂链条,大致可分为以下几个层次:电子材料制造业→电子元器件制造业→集成电路制造业→电子最终产品制造业→电子服务业。电子制造技术体系如图2.4所示。
图2.4 电子制造技术体系
电子制造工程从工艺和设备角度来看,其具有一定的共性。本书将电子制造工程分为材料工程、基体工程、装配工程、测试工程及辅助工程,如表2.2所示。目前我国已打破主要电子制造设备全部依赖进口的局面。
表2.2 电子制造工程的关健设备
4.表面组装技术的特点
表面组装技术的特点如下。
①组装密度高,电子产品体积小,重量轻。通常采用SMT后,电子产品体积缩小40%~60%,重量减轻60%~80%。
②可靠性高,抗振能力强。由于SMC、SMD无引线或引线较短,又被牢固地贴在PCB表面上,可靠性高,抗振能力强。
③高频特性好。由于SMC、SMD减小了对引线分布特性的影响,而且在PCB表面贴焊牢固,大大降低了寄生电容和引线间的寄生电感,在很大程度上减小了电磁干扰和射频干扰,改善了高频特性。
④易于实现自动化,提高生产效率。SMT与THT相比更适合自动化生产,如THT根据不同的元器件,需要不同的插装机(DIP插装机、辐射插装机、轴向插装机、编带机等)。SMT用一台贴片机,配置不同的上料架和取放头,就可以安装所有类型的SMC、SMD,因此,减少了调整准备时间和维修工作量。
⑤可以降低成本。使制造PCB的成本降低;无引线或短引线SMC、SMD节省了引线材料;剪线、打弯工序的省略,减少了设备和人力费用;频率特性的提高,减少了射频调试费用;可靠性好使返修成本降低。通常电子设备采用SMT后,可使产品总成本降低30%~50%。