IVT-REJX-50
苏州工业园区职业技术学院
毕业项目
2011 届
2011年 5月 2 日
项目类别：毕业设计
项目名称：ABS 电控单元工艺流程
专业名称：电子工程
姓 名
学 号 ：
班 级：
指导教师：
苏州工业园区职业技术学院
毕业项目任务书（个人表）
续表：
注：此表在指导老师的指导下填写。
诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业项目报告/论文《ABS电控单元工艺流程》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。
本声明的法律结果由本人独自承担。
作者签名：
2011年 5 月 17 日
摘要
ABS是Anti-LockBrakeSystem的英文缩写，即“刹车防抱死系统”。在没有ABS时，如果紧急刹车一般会使轮胎抱死，由于抱死之后轮胎与地面是滑动摩擦，所以刹车的距离会变长。如果前轮锁死，车子失去侧向转向力，容易跑偏；如果后轮锁死，后轮将失去侧向抓地力，容易发生甩尾。特别是在积雪路面，当紧急制动时，更容易发生上述的情况。ABS是通过控制刹车油压的收放，来达到对车轮抱死的控制。其工作过程实际上是抱死—松开—抱死—松开的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。
ABS由轮速传感器、电控单元ECU 和液压模块组成。而电控单元ECU是ABS的核心部件，相当于人的大脑，它具有运输功能，它能接收轮速传感器交流信号计算出轮转速、滑移率和车轮加减速度，把这些信号加以分析，对制动压力发生控制命令，ECU不仅能控制制液模块，而且对其他部件有监控作用，当这些部件出现异常时，由指示灯或蜂鸣器向驾驶员报警，使整个系统停止工作。
关键词：运输、接收信号、控制命令、报警
设计者：鲁加玲
指导老师:曹振贤
目录
第一章绪论 (1)
第二章铝板和低温共火陶瓷板 (2)
（一）LTCC (2)
第三章晶圆切片和贴装 (4)
（一）晶圆 (4)
（二）切片 (5)
（三）SMT (8)
第四章等离子清洗、金线键合和自动光学检验 (9)
（一）等离子清洗 (9)
（二）金线键合 (12)
（三）AOI (13)
（四）程序写入 (14)
第五章组装 (15)
（一）DSHB 安装 (15)
(二) 铝线键合 (15)
（三）板子密封 (15)
（四）上盖 (16)
参考文献 (17)
设计小结 (18)
致谢 (19)
第一章绪论
防抱死系统（ABS）是汽车电子的重要组成成分，是保护驾驶人员以及乘客生命安全的重要器件。现在，ABS已是新车的标准配备。
ABS是Anti-LockBrakeSystem的英文缩写，即“刹车防抱死系统”。在没有ABS时，如果紧急刹车一般会使轮胎抱死，由于抱死之后轮胎与地面是滑动摩擦，所以刹车的距离会变长。如果前轮锁死，车子失去侧向转向力，容易跑偏；如果后轮锁死，后轮将失去侧向抓地力，容易发生甩尾。特别是在积雪路面，当紧急制动时，更容易发生上述的情况。ABS是通过控制刹车油压的收放，来达到对车轮抱死的控制。其工作过程实际上是抱死—松开—抱死—松开的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。
ABS由轮速传感器、电控单元ECU 和液压模块组成。而电控单元ECU是ABS的核心部件，相当于人的大脑，它具有运输功能，它能接收轮速传感器交流信号计算出轮转速、滑移率和车轮加减速度，把这些信号加以分析，对制动压力发生控制命令，ECU不仅能控制制液模块，而且对其他部件有监控作用，当这些部件出现异常时，由指示灯或蜂鸣器向驾驶员报警，使整个系统停止工作
随着汽车电子技术的发展以及汽车电子的本土化，其汽车的价格得以较大幅度的下降，越来越多的人拥有了自己的汽车。
不断超越、创新、降低成本是市场的必然，为保持在未来的竞争力，各道工序的发展改进是今后努力的方向和重要课题。
第 二 章 铝板和低温共火陶瓷板
（一）LTCC
低温共烧陶瓷技术（low temperature cofired ceramic LTCC ）是近年来兴起的一种相当令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术,以其优异的电子、机械、热力特性已成为未来电子元件集成化、模组化的首选方式，广泛用于基板、封装及微波器件等领域。
LTCC 技术是于1982年休斯公司开发的新型材料技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个被动组件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用
④⑤⑦GP:Ground
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银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。
LTCC具有以下特点：根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大范围内变动，增加了电路设计的灵活性；陶瓷材料具有优良的高频、高Q特性和高速传输特性；使用高电导率的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因数；制作层数很高的电路基板，减少连接芯片导体的长度与接点数，并可制作线宽小于50μm的细线结构电路，实现更多布线层数，能集成的元件种类多，参量范围大，易于实现多功能化和提高组装密度；可适应大电流及耐高温特性要求，具有良好的温度特性；与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性，二者结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件；易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性、耐高温、高湿，可以应用于恶劣环境；采用非连续式的生产工艺，便于基板烧成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和质量，缩短生产周期，降低成本。
LTCC材料经历了从简单到复合、从低介电常数到高介电常数和使用频段不断增加等发展过程。目前LTCC技术是无源集成的主流技术。LTCC属于高新科技的前沿产品，广泛应用于微电子工业的各个领域，具有十分广阔的应用市场和发展前景。同时LTCC技术也将面临来自不同技术的竞争与挑战，如何继续保持在无线通讯组件领域的主流地位，还必须继续强化自身技术发展和大力降低制造成本，不断完善或亟待开发相
第 三 章 晶圆切片和贴装
（一）晶圆
晶圆是制造IC 的基本原料。硅是由沙子所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99。999%），接着是将这些纯硅制成长硅晶棒，成为制造积体电路的石英半导体的材料，经过照相制版，研磨，抛光，切片等程序，将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圆。
晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC 产品。晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达0.99999999999。晶圆制
?Component Attach ②③④
造厂再将此多晶硅融解，再于融液内掺入一小粒的硅晶体晶种，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗小晶粒在熔融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。硅晶棒再经过研磨，抛光，切片后，即成为积体电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆”。
在过去三十年期间，切片(dicing)系统与刀片(blade)已经不断地改进以对付工艺的挑战和接纳不同类型基板的要求。最新的、对生产率造成最大影响的设备进展包括：使两个切割(two cuts)同时进行的、将超程(overtravel)减到最小的双轴(dual-spindle)切片系统；自动心轴扭力监测和自动冷却剂流量调节能力。重大的切片刀片进步包括一些刀片，它们用于很窄条和/或较高芯片尺寸的晶圆、以铜金属化的晶圆、非常薄的晶圆、和在切片之后要求表面抛光的元件用的晶圆。许多今天要求高的应用都要求设备能力和刀片特性两方面都最优化的工艺，以尽可能最低的成本提供尽可能高的效率。
（二）切片
2.1切片机制(The Dicing Mechanism)
晶圆切片工艺是在“后端”装配工艺中的第一步。该工艺将晶圆分成单个的芯片，用于随后的芯片接合(die bonding)、引线接合(wire bonding)和测试工序。在这之前先将整片的金圆贴在蓝膜上，在氮气柜中放置4个小时，这样才能保证蓝膜和金圆的粘力，保证切割。
一个转动的研磨盘(刀片)完成切片(dicing)。一根心轴以高速，30,000~60,000rpm (83~175m/sec的线性速度)转动刀片。该刀片由嵌入电镀镍矩阵黏合剂中的研磨金刚石制成。
在芯片的分割期间，刀片碾碎基础材料(晶圆)，同时去掉所产生的碎片。材料的去掉沿着晶方(dice)的有源区域之间的专用切割线(迹道)发生的。冷却剂(通常是去离子水)指到切割缝内，改善切割品质，和通过帮助去掉碎片而延长刀片寿命。每条迹道(street)的宽度(切口)与刀片的厚度成比例。
2.2关键工艺参数
硅圆片切割应用的目的是将产量和合格率最大，同时资产拥有的成本最小。可是，挑战是增加的产量经常减少合格率，反之亦然。晶圆基板进给到切割刀片的速度决定产出。随着进给速度增加，切割品质变得更加难以维持在可接受的工艺窗口内，影响刀片寿命。
在许多晶圆的切割期间经常遇到的较窄迹道(street)宽度，要求将每一次切割放在迹道中心几微米范围内的能力。这就要求使用具有高分度轴精度、高光学放大和先进对准运算的设备。
当用窄迹道切割晶圆时的一个常见的推荐是，选择尽可能最薄的刀片。可是，很薄的刀片(20μm)是非常脆弱的，更容易过早破裂和磨损。结果，其寿命期望和工艺稳定性都比较厚的刀片差。对于50~76μm 迹道的刀片推荐厚度应该是20~30μm。
2.3刀片优化(Blade Optimization)
为了接收今天新的切片挑战，切片系统与刀片之间的协作是必要的。对于高端(high-end)应用特别如此。刀片在工艺优化中起主要的作用。为了接纳所有来自于迅速的技术发展的新的切片要求，今天可以买到各种各样的刀片。这使得为正确的工艺选择正确的刀片成为一个比以前更加复杂的任务。
除了尺寸，三个关键参数决定刀片特性：金刚石(磨料)尺寸、金刚石含量和粘结剂的类型。结合物是各种金属和/或其中分布有金刚石磨料的基体。这些元素的结合效果决定刀片的寿命和切削质量(TSC 与BSC)。改变任何一个这些参数都将直接影响刀片特性与性能。为一个给定的切片工艺选择最佳的刀片可能要求在刀片寿命与切削质量之间作出平衡。
其它因素，诸如进给率和心轴速度，也可能影响刀片选择切。割参数对材料清除率有直接关系，它反过来影响刀片的性能和工艺效率。对于一个工艺为了优化刀片，设计试验方法(DOE, designed experiment)可减少所需试验的次数，并提供刀片特性与工艺参数的结合效果。另外，设计试验方法(DOE)的统计分析使得可以对有用信息的推断，以建议达到甚至更高产出和/或更低资产拥有成本的进一步工艺优化。
为了选择一个刀片，重要的还要理解刀片的外表硬度的影响(经常叫做基体硬度)。这是刀片的硬度的抽象测量，它反映在切割晶圆时刀片的“感觉”方式。基体硬度通过金刚砂磨料尺寸、浓度和粘结硬度的结合影响来决定。通常，较细的磨料尺寸、较高的金刚砂浓度和较硬的粘合物将得到增加的基体硬度。
通常建议，与其它考虑因素一起，较硬的材料要求较软的(基体)刀片来切片，反之亦然。例如，砷化镓(GaAs)晶圆一般要求较细的金刚砂尺寸(较硬的刀片)，而钽酸锂(LiTaO3)晶圆最适合于较粗的金刚砂尺寸和较低的金刚石浓度(较软的刀片)。随着非硅(non-Si)材料使用的进步，将达到对这些类型的先进晶圆切片应用的更深理解。
（三）SMT
表面黏着组装制程主要包括以下几个主要步骤：锡膏印刷、组件置放、回流焊接。
各步骤概述如下：
锡膏印刷：锡膏为表面黏着组件与陶瓷相互连接导通的材料。首先将钢板透过蚀刻或雷射切割后，由印刷机的刮刀将锡膏经钢板上开孔印至LTCC上，以便进入下一步骤。
Wafer 和chip置放：组件置放是整个SMT制程的主要关键技术以及工作重心，其过程使用高精密的自动化设备，经由计算机编程将表面黏着金圆准确的置放在已经印好焊锡膏的LTCC上。由于表面黏着组件的设计日趋精密，其间距也随之缩小，因此置放作业的技术层次之困难也日益增大。
此两步完成之后，经过显微镜下目视检测，合格品流入下一道工序：回流焊接。经过回流炉进行预热以活化助焊剂，再提升其温度至183℃使锡膏熔化，使组件与LTCC的焊接更牢固。
第四章等离子清洗、金线键合和自动光学检验
?Au WB (LTCC25μ,32μ)
ROM Write?IMT
（一）等离子清洗
等离子清洗的应用，起源于20世纪初，随着高科技产业的快速发展，其应用越来越广，目前已在众多高科技领域中，居于关键技术的地位，等离子清洗技术对产业经济和人类文明影响最大，首推电子资讯工业，尤其是半导体业与光电工业。等离子清洗已应用于各种电子元件的制造。
3.1 等离子清洗技术的原理以及什么是等离子体
等离子体是物质的一种存在状态，通常物质以固态、业态、气态3种状态存在，但在一些特殊的情况下可以以第四中状态存在，如太
阳表面的物质和地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的状态称为等离子体状态，又称位物质的第四态。
等离子体中存在下列物质。处于高速运动状态的电子；处于激活状态的中性原子、分子、原子团（自由基）；离子化的原子、分子；分子解离反应过程中生成的紫外线；未反应的分子、原子等，但物质在总体上仍保持电中性状态。
3.2等离子清洗设备的结构、工作原理以及基本构造
根据用途的不同，可选用多种构造的等离子清洗设备，并可通过选用不同种类的气体，调整装置的特征参数等方法使工艺流程实现最佳化，但等离子体清洗装置的基本结构大致是相同的，一般装置可由真空室、真空泵、高频电源、电极、气体导入系统、工件传送系统和控制系统等部分组成。通常使用的真空泵是旋转油泵，高频电源通常用13.56M赫兹的无线电波，设备的运行过程如下：
（1）被清洗的工件送入真空室并加以固定，启动运行装置，开始排气，使真空室内的真空程度达到10Pa左右的标准真空度。一般排气时间大约需要2min。
（2）向真空室引入等离子清洗用的气体，并使其压力保持在100Pa。根据清洗材质的不同，可分别选用氧气、氢气、氩气或氮气等气体。（3）在真空室内的电极与接地装置之间施加高频电压，使气体被击穿，并通过辉光放电而发生离子化和产生等离子体。让在真空室产生的等离子体完全笼罩在被处理工件，开始清洗作业。一般清洗处理持续几十秒到几分钟。
（4）清洗完毕后切断高频电压，并将气体及汽化的污垢排出，同时向真空室内鼓入空气，并使气压升至一个大气压。
3.3 等离子清洗的特点和优势
与湿法清洗相比，等离子清洗的优势表现在以下8个方面：（1）在经过等离子清洗以后，被清洗物体已经很干燥，不必再经干燥处理即可送往下道工序。
（2）不使用三氯乙甲ODS有害溶剂，清洗后也不会产生有害污染物，属于有利于环保的绿色清洗方法。
（3）用无线电波范围的高频产生的等离子体与激光等直射光线不同，它的方向性不强，因此它可以深入物体的微细孔眼和凹陷的内部并完成清洗任务，所以不必过多考虑被清洗物体形状的影响，而且对这些难清洗部位的清洗效果与用氟里昂清洗的效果相似甚至更好。
（4）整个清洗工艺流程在几分钟即可完成，因此具有效率高的特点。（5）等离子清洗需要控制的真空度约为100Pa，这种真空度在工厂实际生产中很容易实现。这种装置的设备成本不高，加上清洗过程不需要使用价格昂贵的有机溶剂，因此它的运行成本要低于传统的清洗工艺。
（6）由于不需要对清洗液进行运输、贮存、排放等处理措施，所以生产场地很容易保持清洁卫生。
（7）等离子清洗的最大技术特点是：它不分处理对象，可处理不同的基材，无论是金属、半导体、氧化物还是高分子材料（如聚丙烯、聚氯乙烯、据四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂等高聚物）都可
用等离子体很好地处理，因此，特别适合不耐热和不耐溶剂的基底材料。而且还可以有选择地对材料的整体、局部或复杂结构进行部分清洗。（8）在完成清晰去污的同时，还能改变材料本身的表面性能，如提高表面的润湿性能，改善膜的附着力等，这在许多应用中都是非常重要的。
3.4 设备的原理理论分析
等离子体是一团含有正离子、电子、自由基及中性气体原子所组成的会发光的气体团，如日光灯、霓红灯发亮的状态，就是属于等离子体发亮的状态。等离子体的产生最主要是靠电子去撞击中性气体原子，使中性气体原子解离而产生等离子体，但中性气体原子核对其外围的电子有一束缚的能量，我们称它为束缚能，而外界的电子能量必须大于此束缚能，才会有能力解离此中性气体原子，但是，此外界的电子往往是能量不足的，没有解离中性气体原子的能力，所以，我们必须用外加能量的方法给原子电子能量，使电子有利用解离此中性气体原子。
（二）金线键合
金线键合就是用非常细小的金线把芯片上焊盘和引线框架(或者基板)连接起来的过程。目的是把电源供给IC以便IC的信号反馈。键合线作为封装用内引线，是集成电路和半导体分立器件的制造过程中必不可少的基础材料之一。
键合金丝是一种具备优异电气、导热、机械性能以及化学稳定性极好的内引线材料。为适应不同的键合机型和键合工艺，制备出不同品位和特性。IC用键合金丝品种规格很多，作为IC和半导体分立器件内引线的键合金丝是指纯度为99.99%(4N)、线径为18μm～50μm
的高纯合金丝。键合金丝主要应用于晶体管、集成电路、大规模集成电路等各种半导体器件中作为内引线，用于各种电子元器件如二极管、三极管、集成电路、大规模集成电路、IC卡等封装。
另外，目前半导体的内引线主要有金丝和铝硅丝两种。其中金的导电性和导热性好，延伸率高，因而易于拉制成细而长的键合丝。但是金丝存在以下几个明显的缺点，一是原材料价格昂贵，制造成本高；二是在高温下会与铝电极形成金属间化合物AuAl2和Au2Al，可能引起器件失效。而铝基键合丝的密度小、导电性和导热性良好，发展铝基键合丝不仅有利于资源的合理利用，同时还可以满足有关领域对产品轻量化的要求。
（三）AOI
AOI是近几年才兴起的一种新型测试技术，但发展较为迅速，目前很多厂家都推出了AOI测试设备。当自动检测时，在零下40度的环境下，机器通过摄像头自动扫描，采集图像，测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较，经过图像处理，检查出板子上的缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来，供维修人员修整。
AOI的优点是编程简单，通常是把贴片机编程完成后自动生成的TXT辅助文本文件转换成所需格式的文件，从中AOI获取位置号、元件系列号、X坐标、Y坐标、元件旋转方向这5个参数，然后系统会自动产生电路的布局图，确定各元件的位置参数及所需检测的参数。完成后，再根据工艺要求对各元件的检测参数进行微调。操作容易由于AOI基本上都采用了高度智能的软件，所以并不需要操作人员具有丰富的专业知识即可进行操作。故障覆盖率高由于采用了高精密的光学仪器和高智能的测试软件，通常的AOI设备可检测多种生产缺陷，故障覆盖率可达到80%。
（四）程序写入
经过AOI的检测之后，合格品随之进入下一流程，进行ROM程序的写入，信息存入以后，程序永久保存，只能读取不能随意改写，断电信息也不丢失。保证了ABS在正常使用中的程序稳定。