可穿戴制造难点与趋势：微型元器件组装工艺

智能手表（Smart Watch）、智能眼镜商机应用势头正快速崛起，智能可穿戴产品毫无疑问已成为最热门的电子产品之一。可穿戴技术推进了人类生活的智能化、特别是移动健康、移动医疗技术的发展，与之相对应的各类元器件的设计也越来越微型化、结合FPC主板生产组装与整机装联应用，更成为电子制造业的热点与难点。

日前在NEPCON China 2015展“智能可穿戴论坛”上，关注焦点就定格在了智能可穿戴设备的制造挑战与应对趋势上。对于智能可穿戴产品的新特点，众多与会专家表示，内部元器件的微小型化、高集成度特点增加了电子制造的难度。中兴通讯股份有限公司物流体系工艺研究部总工刘哲表示：“智能可穿戴产品的出现使产品组装面临高密度、微型化的新挑战。其中包括裸晶圆（‘Naked’dies）、元器件堆叠（3D封装/PoP）、集成埋入式元件、更小的元件间隙、更好的构造以实现基板更小等特点，使元器件的微小型化和高密度组装受到工程师们的广泛重视。我们可以看到目前诸如01005微型元器件已大量使用在新型的智能手机和可穿戴产品中，而03015也已实验应用，相信不久就会出现在具体产品中。WLCSP等微型器件的大量应用、FC与PoP技术的应用、以及趋势性的埋入式技术的应用都对产品组装难度，工艺难点提出新要求。”



        

针对微型元器件的组装工艺与技术趋势，刘总工谈到了01005组装工艺技术、WLCSP组装工艺技术、FC组装工艺技术及埋入式技术，对智能可穿戴产品制造的影响及具体技术实现。“无源器件的尺寸变小已是绝对趋势，新型的极限尺寸将会达到0402、03015、0201（公制），目前公制03015元件正在评估做应用导入。”刘哲认为对于01005元件的成功组装，最优化设计及DFM的主要因素可包括：PCB或FPC的拼板尺寸、焊盘尺寸及形状、基准识别点、阻焊膜工艺及厚度；元件的料带精度，焊锡膏型号（Type4或Type4.5）及品质；钢网的制作及开孔工艺，载板治具的设计和制作精度，搞好FAI&CPK的管控；在机器设备方面，印刷机、贴片机精度（+/-0.05mm）、吸嘴的保养及Feeder，制程能力（CPK）应不低于B级（1.33>CPK>=1.0）等诸多方面。






        
针对WLCSP封装，刘哲认为：“WLCSP封装是穿戴设备的核心组件，其设计和组装要充分考虑可靠性要求，需要情况采用Underfill以提高组件的长期可靠性。




        
FC（Flip Chip 倒装芯片）是裸芯片封装技术之一，对于FC的组装工艺技术，刘哲表示，“FC是芯片互连技术，也是理想的芯片粘接技术。FC向制造者提出了一系列严峻挑战，为这项复杂的技术提供封装、组装及测试的可靠支持。超声热压焊可适用在金凸点与镀金焊盘的组合，可缩短加工处理时间，也会面临可靠性的缺陷。”



         

埋嵌式技术是智能可穿戴产品发展趋势性技术，主要包括埋嵌电阻、电容、电感及裸芯片等四类技术。据刘哲介绍：“埋嵌无源和有源器件集成PCB可以实现元器件的三维布局设计，在同面积布置更高密度的元器件，具有更高集成密度、提高可靠性、符合整机系统低成本、微小型化的要求。需要考虑设计、组装、加工的整合统一。”





对于参与或是想要参与可穿戴产品设计制造的工程师们，刘哲最后给出建议：“可穿戴产品的引入是一个结合点，是封装技术、PCB加工技术、SMT等相关技术的结合，使工程师们的专业界限变得模糊，我们需要成为整合PCB、SMT和封装各类技术支持的工程师。只有这样才能在可穿戴产品的制造过程中更游刃有余。”