一代新技术装备的问世，必然催生与之相适配的新的工艺技术时代。由于电互连在物理性能上的局限性，光子取代电子在板与板、芯片与芯片之间传输数据，已经是电子装备制造技术发展的大趋势。OEPCB的导入，将光与电整合，以光来承载信号，以电进行运算，构建了新一代微电子装备的安装平台，加速了现代电子装联工艺技术的迅猛发展，使现代电子装联工艺技术进入了复合安装技术的新时代。本书以5G技术为导向，其内容纳入了现代微波制造工艺技术基础知识，导入了国际上创新发展的“光化”概念和光组装技术，以构筑未来“5G+微波+光波”新一代微电子装备制造技术的内涵和实施工艺方案。本书既可作为新一代微电子装备制造工艺工程师、质量工程师和计划管理工程师的自学用书，也可作为相关企业员工的培训教材，还可作为电子制造类职业学院相关专业师生的教材或者教学参考书。

前 言 21世纪科学技术发展日新月异，作为高新技术的电子技术，其发展更是一日千里。微波和光波是5G信号传播、测距、定位及传感器的主要技术手段，随着5G部署步伐的加快，移动基站数量的增加，微波和光波链路技术作为应用场景中的重要承载手段，在5G接入中有望发挥更大的作用。 由于电互连在物理性能上的局限性，光子取代电子在板与板、芯片与芯片之间传输数据，即所谓的“光化”，已经是新一代微电子装备制造技术发展的大趋势。“5G＋微波＋光波”的融合，催生了新一代微电子装备，将成为驱动新一代微电子装备制造工艺技术研究的动力。 “一代新设计，一代新工艺，一代新装备”，这是新装备技术发展的必然。历史的经验证明，任何一款新产品的问世，“唯有产品设计理论和产品制造工艺原理同步预研，并行发展”，才有可能以最快的速度、最好的产品质量，取得最佳的研发效果和经济效益。在我国电子行业，多年来一直存在“重设计、轻工艺”的观念，导致许多关键技术装备制造领域出现了“先进的设计，落后的工艺”的畸形发展。造成上述现象的原因，笔者认为不外乎下述几个方面。 ① 电子装备制造工艺原理及技术缺乏系统性的研究与积累。目前，我国的电子制造行业虽然已成为一个较大的产业集群，然而就国家层面而言，尚无一个能就现代电子装备制造工艺原理及技术体系提供共享服务的职能研究部门，技术积累也缺乏一个能共享的管理平台。 ② 缺乏理论与实践紧密结合的人才培养渠道与教材。以电子装联工艺为例，电子制造末端的核心环节就是电子装联，电子制造的系统工程属性在电子装联工艺中得到了最集中的体现。历史性的技术传承，对专业人才的成长异常重要。笔者近些年来结合自己所承担的技术工作，一直在尝试着将自己前期41年从事军用电子装备装联工艺技术工作，以及后期17年从事民用微电子装备SMT工作，共计近58年来的研究和实践经验积累进行全面的归纳和总结，使其能成为较为系统的现代电子制造装联工艺原理和技术体系。笔者的终极梦想是，让我国从事现代电子制造的年青一代学有所依，让他们在技术成长的路上能少些坎坷和曲折。值此本书付梓之际，特别感谢电子工业出版社宋梅编审，没有她的热情帮助与支持，此梦是圆不了的。 ③ 设计与工艺两支队伍在专业技术知识结构上缺乏交集。体现在实际工作层面上表现为彼此间不易融合，形成完整的合力。而实现产品生产过程的零缺陷或少缺陷，则必须将设计理念和要求与工艺原理和方法相互融合。理想状态是，产品设计工程师与产品工艺工程师所掌握的知识结构应该存在一个交集。本书正是按上述原则来组织章节和内容的，70％的内容集中对工艺原理和方法进行讨论，30％的内容介绍与设计相关的基础知识。 一代新技术装备的问世，必然催生与之相适配的新的工艺技术时代。本书以5G技术为导向，其内容纳入了现代微波制造工艺技术基础知识，导入了国际上创新发展的“光化”概念和光组装技术，以构筑未来“5G+微波+光波”新一代微电子装备制造技术的内涵和实施工艺方案。 笔者的一生是很幸运的，成长过程中始终沐浴着党的阳光和雨露，深受领导的关怀和信任。在航天工业部工作期间，有幸得到刘纪原部长、曹中俄司长以及三江航天集团公司曹立家主任等领导的关怀和信任，退休后受聘于中兴通讯，公司创始人侯为贵先生亲自为我搭建了发挥余热和才智的理想平台，并满腔热情地鼓励笔者为公司和国家的电子制造业做出更大的贡献。在中兴通讯工作期间，原执行副总裁邱未召、庞胜清及高级副总裁杨建明等人对我也是关怀备至，为笔者提供了优越的工作环境。对上述各级领导，笔者将永远铭记在心，感激不尽。 无论在退休前还是退休后，笔者都得到了中国电子科技集团总公司第20研究所历任所领导干国强、桂锦安、李跃、张修社、赵鸣等人的长期信任、关心和照顾，在此也对他们表示衷心的谢意。 58年的风风雨雨，58年的追求与探索，58年的奋斗与攀登，一路走来，初心未变，为党的事业、祖国的发展，尽一个共产党员的责任，不辜负党和人民的培养。 书的初稿完成后，笔者的弟子孙磊、邱华盛、刘哲、辛宝玉、赵丽、王玉、杨卫卫等先后协助完成了书稿的校对工作，中兴通讯工艺研究部王峰部长、新产品导入及工艺部郑华伟部长也给予了热情的帮助，在此对他们表示感谢。 在本书稿的编著过程中，涉及许多电子文本文件的编辑处理，以及大量的图像处理和辨析工作，笔者的女儿樊颜博士、儿子樊宏为此付出了很多心血，在此向他们表示感谢。 笔者一生的工作轨迹和人生历程，点点滴滴都离不开我的老伴姚萍英同志忠贞不渝的支持和关照，本书出版之际正值我们金婚之年，整整半个世纪的相依相伴、守望相助，我的任何一点功劳和成绩都有她的一半。 樊融融 2021年3月26日 于西安

目 录 第1章 微电子装备装联工艺技术及其发展历程 1 1.1 微电子装备装联工艺技术 1 1.1.1 电子装备、微电子装备及新一代微电子装备 1 1.1.2 电子装备制造中的装联工艺技术 2 1.2 现代微电子装备技术的发展 4 1.2.1 现代微电子装备技术发展的特点 4 1.2.2 新一代微电子装备的应用场景 6 1.3 新一代微电子装备装联工艺技术及其发展 6 1.3.1 新一代电子装备装联工艺技术 6 1.3.2 微电子装备装联工艺安装技术的发展历程 7 1.3.3 一代新装备、一代新设计、一代新工艺 9 第2章 微波与光波的基本物理现象及特性 11 2.1 微波的基本特性及其应用简介 11 2.1.1 电磁波谱及其应用 11 2.1.2 微波的基本概念 12 2.1.3 微波工程中要解决的核心问题 14 2.1.4 微波应用 15 2.2 光波的产生与光波的基本特性 20 2.2.1 光的产生与光谱 20 2.2.2 光波的基本特性 22 第3章 将光波导入高速数字信号系统实现传输光化的意义及应用 30 3.1 信号及其传输特性 30 3.1.1 两类不同的信号 30 3.1.2 两类不同的设备及信号传输问题 31 3.2 在高速数字信号传输中实现光化的发展前景 32 3.2.1 光波承载高速数字信号传输的优点 32 3.2.2 在高速信号传输中光化的实现 32 3.3 光化产业化的实施过程 34 3.3.1 目前光化的产业化态势 34 3.3.2 光化产业化的实施过程 35 3.3.3 光电子电路组装技术的标准化动向 37 第4章 微波与光波融合的新一代微电子装备用印制电路板 38 4.1 微波微电子装备用印制电路板 38 4.1.1 概述 38 4.1.2 MWPCB在设计中应关注的问题 39 4.1.3 MWPCB的结构工艺性分析 40 4.1.4 对MWPCB基材的要求 42 4.1.5 MWPCB制造工艺简介 47 4.2 光印制布线板与光电印制电路板 49 4.2.1 概述和背景 49 4.2.2 光印制布线板的原理、构造及应用 49 4.2.3 光电印制电路板结构及其材料与制作成型工艺 52 第5章 微波与光波能量传输装置 60 5.1 微波能量传输装置 60 5.1.1 微波能量传输装置概述 60 5.1.2 双导线传输线 62 5.1.3 同轴传输线 63 5.1.4 波导管传输线 65 5.1.5 微带线 69 5.1.6 微波天线 70 5.2 光波能量传输装置 74 5.2.1 光介质波导 74 5.2.2 光纤 77 5.2.3 光纤的制造 82 第6章 微波元器件、微波模块与微波组件及其应用 84 6.1 集总参数元件的微波特性 84 6.1.1 金属导线 84 6.1.2 电阻器 85 6.1.3 电容器 87 6.1.4 电感器 88 6.1.5 印刷微波元件 89 6.2 半导体芯片与微波元器件 90 6.2.1 半导体芯片核心技术的发展轨迹 90 6.2.2 微波芯片分类 91 6.2.3 微波IC的应用与发展 92 6.3 微波封装技术与微波模块 94 6.3.1 微波封装技术 94 6.3.2 微波模块 97 6.3.3 微波组件 99 6.3.4 微波组件应用举例 103 第7章 光波元器件与光波组件及其应用 105 7.1 半导体光电器件 105 7.1.1 半导体光电器件概论 105 7.1.2 发光二极管（LED） 105 7.2 受激辐射器件─光放大器和激光器 114 7.2.1 受激辐射 114 7.2.2 光子放大与激光器原理 115 7.2.3 掺铒光纤放大器 116 7.2.4 半导体激光器 119 7.2.5 垂直腔面发射激光器 121 7.2.6 半导体光放大器 123 7.3 光电探测器件 125 7.3.1 p-n结光电二极管 125 7.3.2 雪崩光电二极管 126 7.3.3 光电晶体管 128 7.4 光模块 129 7.4.1 定义和分类 129 7.4.2 光通信模块的测试 132 第8章 微电子学焊接技术 134 8.1 微电子电路焊接方法 134 8.1.1 微电子电路连接概述 134 8.1.2 微电子电路目前流行的连接方法 134 8.2 微电子电路安装中常用的几种焊接方法 135 8.2.1 热压焊 135 8.2.2 机械热脉冲焊 138 8.2.3 电阻焊 139 8.2.4 超声波焊 141 8.2.5 钎焊 144 8.2.6 激光焊 147 8.2.7 电子束焊 151 8.2.8 其他焊接方法 153 8.3 半导体器件与微型电路在外壳内的安装及气密封装 154 8.3.1 管芯与外壳的黏结 154 8.3.2 半导体器件与微型电路在外壳内的安装 155 8.3.3 半导体器件与微型电路的气密封装 158 第9章 微波组件的集成与微组装技术 162 9.1 微波组件的集成途径及其特点 162 9.1.1 微波组件的定义及应用 162 9.1.2 RF微电子组件的集成封装路线图及其特点 162 9.1.3 微波组件的最优集成封装路线及其特点 167 9.1.4 裸芯片和KGD及其安装 169 9.2 微波组件的组装技术 172 9.2.1 微波组件的组装特点与方法 172 9.2.2 微波组件组装中的关键工序 173 9.3 微波用底部端子元器件的组装可靠性 174 9.3.1 底部端子元器件的定义与分类 174 9.3.2 底部端子元器件的组装可靠性问题及其形成原因 176 9.3.3 国外对BTC类封装芯片安装可靠性的研究试验 179 9.3.4 改善BTC类芯片封装焊接可靠性的工艺措施 183 9.4 微波组件的微组装工序链 186 9.4.1 微组装技术 186 9.4.2 微波组件微组装工序链的组成 186 第10章 光组件的微组装技术 194 10.1 光芯片结构及其封装技术 194 10.1.1 光芯片封装结构及其发展 194 10.1.2 光芯片的封装形式与封装技术 194 10.2 光模块及其制造技术 196 10.2.1 光模块的定义与结构 196 10.2.2 光模块制造技术 197 10.3 光电路组件的微组装技术 200 10.3.1 背景 200 10.3.2 光电路组件的微组装技术与工艺 201 10.3.3 OE模块的组装标准 204 第11章 微波与光波融合的新一代微电子装备系统集成安装技术 205 11.1 微波与光波融合的新一代微电子装备系统概论 205 11.1.1 导言 205 11.1.2 新一代微电子装备系统集成技术 205 11.1.3 新一代微电子装备系统集成中的电气安装 206 11.2 影响微波与高速微电子装备电气安装工艺质量的因素 208 11.2.1 影响因素 208 11.2.2 影响因素分析 208 11.3 微波与高速微电子装备的组装工艺 211 11.3.1 微波与高速微电子装备电路组装的发展过程 211 11.3.2 第三代和第四代微波与高速微电子装备的组装工艺特点 212 11.3.3 微波组件的安装 220 11.4 光波系统集成与安装技术 221 11.4.1 光电路组装 221 11.4.2 光电装备安装技术的发展 222 11.4.3 光电组件的安装 222 11.4.4 光电融合的新一代微电子装备的系统集成与安装 225 11.4.5 微波与光波融合的微电子装备系统集成安装 226 11.5 微波与光波融合的微电子装备系统集成工序链 227 11.5.1 微电子学与光电子学的最新技术成果 227 11.5.2 射频及射频前端微波组件的安装工序 227 11.5.3 含中频之后的基频部分的安装工序链 228 第12章 微波与光波融合的新一代微电子装备安装中的电磁兼容性 231 12.1 微波与光波融合的微电子装备装联中面临的挑战 231 12.1.1 概述 231 12.1.2 新一代微电子装备装联中的电磁干扰 232 12.2 新一代微电子装备装联中的电磁兼容性问题 234 12.2.1 新一代微电子装备装联中可能形成的噪声 234 12.2.2 消除噪声的措施 236 12.2.3 干扰与抗干扰归纳 237 12.3 导线的干扰与电磁屏蔽 239 12.3.1 导线的干扰 239 12.3.2 干扰的电磁屏蔽 242 12.4 接地 250 12.4.1 概述 250 12.4.2 基准线的结构 250 12.4.3 接地类型分析 251 第13章 微波与光波融合的新一代微电子装备安装中的热工问题 254 13.1 新一代微电子装备安装中的热工问题 254 13.1.1 概述 254 13.1.2 新一代微电子装备安装中所用基板材料的热工特性 256 13.2 微电子装备中的热产生源及其管理 257 13.2.1 微电子装备工作时的热能分布 257 13.2.2 热管理与热量耗散方法 260 13.2.3 热阻与接触热阻 263 13.2.4 热界面材料 265 13.3 新一代微电子装备中冷却手段的选择 266 13.3.1 冷却手段的选择 266 13.3.2 特殊冷却方式 270 第14章 微波与光波融合的新一代微电子装备制造中的质量控制 273 14.1 概论 273 14.1.1 新一代微电子装备的工作特点 273 14.1.2 新一代微电子装备制造中质量控制的重点与方向 274 14.2 微波组件装联中焊接质量控制 275 14.2.1 微波组件装联中微电子学焊接质量控制分类 275 14.2.2 常见微波组件装联中的失效类型及其机理 276 14.3 新一代微电子装备系统集成电气装联的质量控制 282 14.3.1 新一代微电子装备系统集成电气装联的特点与工艺构成 282 14.3.2 影响新一代微电子装备系统集成装联质量的主要因素 282 14.3.3 新一代微电子装备装联工艺所面临的挑战 286 14.4 新一代微电子装备制造中的相关装联标准 287 14.4.1 国外相关装联类标准 287 14.4.2 日本光线路板标准化项目 287 14.5 系统装联中的检测技术及装备 289 14.5.1 变焦距立体光学显微镜检查法 289 14.5.2 微粒碰撞噪声检测 289 14.5.3 X-ray检测 290 14.5.4 扫描电镜与能谱分析 292 14.5.5 声波扫描显微镜检测技术 294 14.5.6 红外热成像 297 参考文献 299