新的IPC指引明确了电子装配工业的未来趋势和前面的挑战。

　　下一个新技术将在哪里崩出来？美国电子互连工业(electronic interconnetion industry)最新的国家技术指引提供了一系列的发展趋势¹。这个IPC文件介绍了最新的电子互连工艺过程。可是，要得到一个完整的答案，这个IPC的指引应该得到工业分析家的报告、表面贴装委员会²和其它工业贸易文章的补充³。

　　工业趋势
　　为了评估装配技术的需求，应该研究一下可能在为了三到五年内发生的几个趋势：

• 表面贴装，特别是阵列表面贴装，将继续增加，取代通孔元件。阵列技术将开始取代周围引脚表面贴装，就象表面贴装取代通孔元件包装一样。裸装芯片直接附着到有机电路板层技术也将增加。
• 阵列元件包装，作为选择的包装形式，将取代高输入/输出(I/O)的周围引脚元件。可制造性是推动这个取代过程的一个方面。
• 无铅涂层的使用在未来四到八年里将大量增加。环境对装配过程的压力也将继续增加。将采用诸如金/镍/铜、钯/铜和其它金属的和/或有机的保护性涂层。
• PCB将在尺寸和厚度上减少，互连密度上增加。高密度的互连(HDI, high-density interconnect)将作为增加板层数量的一个替代方法使用，提供更紧密的布线能力和减少板的尺寸和重量。必须消除板的翘曲以允许芯片规模包装(CSP, chip-scale package)和直接芯片附着(DCA, direct chip attach)。

　　技术迷雾
　　元件包装技术所描述的变化代表一个愿望，就是在更小的空间上作更多的东西。这个愿望的直接结果就是互连密度的增加。自从有PCB和集成电路以来，这个趋势一直都是坚定不变的。

　　因此，可预计制造过程要面对许多新的装配技术以及与混合技术相关的压力，这混合技术包括通孔、表面贴装周围引脚、表面贴装球栅阵列(BGA)、CSP、裸芯片附着、小的离散元件贴装、离散阵列附着、和新的PCB技术包括HDI和隐埋式离散元件。装配的挑战将是越多的互连出现，越多的机会犯错。

　　元件
　　在日常制造中，阵列包装已经变得更主流。尽管阵列在1997年刚出现，1.27mm的BGA现在很普遍。由于装配品质的理由，阵列包装比高输入/输出(I/O)周围引脚表面贴装元件更受欢迎。

　　CSP和其它的BGA包装也在不断出现，间距在1mm或更精细，其使用在数量上不断增加。很多的CSP制造商现在提供叠层式CSP(stacked CSP)，即在包装内部有两个，有时三个芯片相互堆叠在一起。然后各自芯片引线绑接到基底插座。

　　裸芯片的使用在增加，或者是引线绑接、倒装芯片或者是胶剂附着。可是，这个技术还没有用到传统的电路板装配，因为有围绕KGD(known good die)和装配修理的问题。现在裸芯片(bare die)比得上许多CSP，因为极端的互连密度包装技术。

　　集成无源元件
　　电子工业将马上看到集成无源元件的大量增加。工业对建立标准委员会的兴趣增加。UL(Underwriters' Laboratories)对集成无源技术认证程序的求助要求也在增加。最近确认元件短缺的大量报告是现在的推动力，从来都是重要的成本减低是另一个因素。

　　集成无源元件也将为最终产品改进设计，因为成百个元件可能从板上消失。虽然将得到成本的节约，但这很可能是短暂的，因为对另外一些功能的追求会增加更多的特征，把另外一些的元件增加到电路板上。

　　0201无源元件
　　人们已经看到另人惊奇的缩小的元件，离散元件包装从平均的0805缩小到0603。更小的离散元件如0402的使用数量上正成为主流，0201的出现是作为下一个通用的尺寸。对更小离散元件的推动带来了好处也带来了挑战。例如，0201的尺寸象盐粒一样，为开拓板的资源利用或增加功能提供了巨大机会。

　　将来那些使用大量这类小元件的公司也可得到散装喂料的好处。处理、贴装和检查这类元件是挑战。我已经听过许多故事，有人看着他们手上的斑点，认为这是从装配上散落的0201。我能说的只是你不要对这这些元件打喷嚏。

　　绿色制造问题
　　含铅焊锡已经存在许多年了。可是，对环境的关注已经开始一个新的努力，去寻找含铅焊接系统和有机放射性材料的替代者。在1992年，就有相当的兴趣去寻找锡/铅焊锡的无铅替代品。为这个努力的立法动力还不足以克服工业的阻力，使得为实施无铅系统所需要的变化非常慢。也没有足够的数据来支持电子工业使用的铅对环境有重大危害的说法。

　　现在，兴趣更新了，要求改变的压力来自两个方向。第一个是来自立法，欧洲联盟正积极地考虑。有关电气与电子设备中的废料(WEEE, wastes in electrical and electronic equipment)的法令(WEEE Directive)将在一年后成为法律。象现在所建议的，电气与电子设备中废料的法令(WEEE Directive)包括含铅焊锡的材料禁止，将在2008年一月生效。虽然这是在欧洲的，这个指令将影响售卖电子产品到欧洲的所有公司。

　　主要竞争/市场的压力也在起作用，它比立法压力更大。日本宣称制造无铅焊锡的消费产品是可能的。这些产品在日本销售，今年将冲击美国。日本消费者显示出对购买那些他们认为更环境良性的产品的兴趣。这个兴趣也已经得到在美国作的调查的证实。市场的压力之大，它可推动立法所不能做到的变化。

　　在欧洲和日本的公司也已经把溴处理火焰阻滞剂的减少或消失作为目标，虽然WEEE法令特别免除了FR-4中使用的主要火焰阻滞剂，四溴二苯酚(TBBA, tetrabromo bis-phenol)。WEEE法令是提到其它的火焰阻滞剂，由于对在焚化期间二恶英(dioxin)和呋喃(furan)形成的关注。可是，TBBA在焚化期间不形成这两种化合物。尽管如此，在开发更环境有好的消费产品的努力中，日本和全世界的电路绝缘板制造商都在积极寻找替代产品。

　　在改变电路基板和连接材料中都存在许多挑战。最重要的似乎是改变的温度冲击。正在研究和使用的大多数替代合金回流的温度比锡/铅合金高得多。由于潮湿敏感对元件的影响现在还不知道，但是一个重要关注。配合这个关注的是考虑中的无卤绝缘板，大多数都具有比现有的FR-4材料更低的玻璃态转化温度(glass transition temperature)。

　　现在，几家元件和绝缘材料制造商正在进行工作，以使其顾客相信他们的材料将满足溴化物减少/消失的要求，以及经受得住高达260°C的过程温度。

　　EMS输出增长
　　虽然电子制造服务(EMS, electronic manufacturing service)可能不是一个新兴的趋势，但它肯定是一个扩大的趋势。EMS工业在过去两年增长巨大。许多原设备制造商(OEM, original equipment manufacturer)以及决定，外购设计与制造比把这些当作核心能力保留更成本高效。其结果是EMS的输出正以OEM制造两倍的速度增长。

　　随着OEM将其产品的设计和装配转包合同给他人，那些需要用来对新产品设计审查的OEM内部可利用的精良设计(DFX, design for excellence)的技巧将减少。这个减少是由于计算机辅助设计(CAD, computer-aided design)系统的消耗和改变、元件包装技术的进化和装配/测试技术的进步。OEM将要求从他们的EMS提供商得到更多的支持，来完成精良设计(DFX)，这作为一项基本的服务或额外付费的延伸服务。

　　随着及时到达市场(time-to-market)作为新产品推广的主要驱动力，对DFX分析的传统检查方法已不再合乎成本效益。在EMS环境中，从一开始就要求积极的一致的工程协作，以确保达到OEM对产品可供应性、性能和成本的期望。

　　持续的挑战
　　从事国家技术指引(National Technology Roadmap)的专家已经为电子装配工业指出了及个持续的挑战：

• 用于各种环境使用的阵列元件包装的二级(焊接点)附着可靠性模型的研究，包括离散元件阵列。
• 对阵列元件包装的、更好的过程兼容性，包括对潮气敏感性的、改进的包装防护。
• 改进基板，为阵列包装元件在装配期间提供更好的平面度。
• KGD(known good die)的更好的、成本高效的可获得性。
• HDI 电路板(PWB)技术的成本高效的可获得性。

　　总结
　　表一代表了制造业未来所期望的进化。它展示了与电子装配有关的在材料和工艺上所期望的变化。永远变化的趋势将引起一些小波浪，但是国家技术指引将继续潜心研究未来的发展。

附表一、制造的发展

References
1. IPC.(October, 2000). The National Technology Roadmap for Electroncs Interconnections. Northbrook, IL; IPC-Association Connecting Electronics Industries.
2. Surface Mount Council, Status of the Technology: Industry Activities and Action Plan. www.surfacemountcouncil.org.
3. Lammers, D. (2000, August 21). LSI Logic entry drive flip-chip packaging to IC mainstream. EE Times, p.1.

David Bergman, CAE, is vice president of standards, technology and international relations with IPC-Association Connecting Electronics Industries, Northbrook, IL; e-mail: DavidBergman@ipc.org.