高級電子封裝

前言

　　電子封裝是半導(dǎo)體器件得以長久存在的載體，這就像我們?nèi)祟惖奈伨右粯印０雽?dǎo)體器件就像軟體動物一樣，本身非常脆弱，通過電子封裝提供的優(yōu)良運(yùn)行環(huán)境，半導(dǎo)體器件發(fā)揮著卓越的作用，表現(xiàn)出我們?nèi)祟愃患暗挠?jì)算能力、傳輸能力、存儲能力。本書就是介紹半導(dǎo)體生存環(huán)境的一本優(yōu)秀的教科書。　　本書從1997年以來，一直作為美國阿肯色大學(xué)的電子封裝教學(xué)和研究的參考書，后來經(jīng)過眾多知名專家的努力，成為了一本經(jīng)典教材和工程師們必備的桌面參考書，它反映了電子封裝學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的最新研究工作成果。在美國阿肯色大學(xué)，微電子封裝的教學(xué)和研究計(jì)劃得到普遍的關(guān)注，影響日益擴(kuò)大。這是一門多學(xué)科交叉性的教學(xué)計(jì)劃，來自電子、機(jī)械、化學(xué)工業(yè)工程、化學(xué)、物理、微電子一光電子學(xué)系的各位教授分別擔(dān)任1～3星期的教學(xué)課程。本書第2版有幾個(gè)重要變化，其中有機(jī)和陶瓷基片現(xiàn)在作為單獨(dú)的章節(jié)成篇，還增添了無源器件、射頻和微波封裝、電子封裝組裝以及成本評估和組裝的新內(nèi)容。另外，在封裝材料和應(yīng)用、建模和仿真、材料分析技術(shù)、MEMS封裝、制造技術(shù)和封裝設(shè)計(jì)、可靠性、電氣一機(jī)械一熱學(xué)、三維封裝等方面補(bǔ)充了最新材料?！　”緯到y(tǒng)介紹高級電子封裝的相關(guān)知識，涵蓋了封裝材料與應(yīng)用、原料分析技術(shù)、封裝制造技術(shù)、基片技術(shù)、基礎(chǔ)電子因素、基礎(chǔ)機(jī)械因素、基礎(chǔ)熱力因素、封裝設(shè)計(jì)、封裝建模、封裝仿真、集成無源元件、微機(jī)電系統(tǒng)封裝、射頻和微波封裝、可靠性考慮因素、成本評估與分析、三維封裝等方面知識。書中有許多例子和練習(xí)題以供參考?！　”緯膬晌蛔髡逺ichard K.Ulrich博-2和william D.Brown博-2一直處于電子封裝技術(shù)領(lǐng)域的前沿，是技術(shù)方面的權(quán)威人士。我們希望這本書的引進(jìn)能夠縮短國內(nèi)研究人員認(rèn)識、了解國外技術(shù)的時(shí)間，即使不能迎頭趕上的話，也將我們的知識差距縮短到3～5年，如果能夠做到這點(diǎn)的話，則多少是令人欣慰的?！　”緯衫詈缲?fù)責(zé)全書統(tǒng)稿和校對工作，并翻譯第17～18章，藍(lán)月亮負(fù)責(zé)第1～5章的翻譯，張輝負(fù)責(zé)第6～12章的翻譯工作，郭志川負(fù)責(zé)第13～16章的翻譯2工作。卞燕、曹蕊、陳必華、崔盛、董改慧、董輝、范偉娜、方淑英、馮翔、馮巖、付銘、甘靜宜、高俊梅、龔凱、顧培蒂、郭超海、郝琴、郝紹波、王小龍、王秀蓮、王英楠、吳濤、吳秀、吳元紅、徐利飛、許娜、楊秀麗、游艷、于慧芳、張佰特、趙莉莉、周金川、曾紹武等參與了本書部分內(nèi)容的翻譯和校對工作。在翻譯過程中，也得到了我們周圍的眾多專業(yè)人士的大力支持，這里無法一一列出他們的名字，在此謹(jǐn)表示我們的謝意?！　〔贿^，需要指出的是，本書的內(nèi)容僅代表作者個(gè)人的觀點(diǎn)和見解，并不代表譯者及機(jī)械工業(yè)出版社的觀點(diǎn)。另外，由于翻譯時(shí)間比較倉促，內(nèi)容較新，許多術(shù)語和圖形盡力保持、體現(xiàn)原義，并未按國家標(biāo)準(zhǔn)做修改，請讀者注意。同時(shí)由于我們的理解問題，疏漏錯(cuò)誤之處在所難免，敬請讀者原諒和指正。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了電子封裝的相關(guān)知識，涵蓋了封裝材料與應(yīng)用、原料分析技術(shù)、封裝制造技術(shù)、基片技術(shù)、電氣考慮因素、機(jī)械設(shè)計(jì)考慮因素、熱考慮因素、封裝設(shè)計(jì)、封裝建模、封裝仿真、集成無源器件、微機(jī)電系統(tǒng)封裝、射頻和微波封裝、可靠性考慮因素、成本評估與分析、三維封裝等方面知識。本書從理論到實(shí)踐、深入淺出地講解了電子封裝的知識，為廣大科技工作者、工程技術(shù)人員、研究人員提供了一本理想的參考書?！　”緯m用于微電子、電子元器件、半導(dǎo)體、材料、計(jì)算機(jī)與通信、化工、機(jī)械、塑料加工等各個(gè)領(lǐng)域的人員閱讀?？勺鳛橄嚓P(guān)專業(yè)本科生、研究生的教材，也可作為廣大科技工作者、工程技術(shù)人員的參考書。

作者簡介

Richard K．Ulrich博士是阿肯色大學(xué)化學(xué)工程的一名教授。他是一名書籍編輯和嵌入式無源技術(shù)的專欄作家、NEMI學(xué)會成員、IEEE高級封裝會刊的副編輯，他過去曾任電化學(xué)學(xué)會電介質(zhì)科學(xué)和技術(shù)分部的主席。
　　William D．Brown博士是阿肯色大學(xué)電子工程學(xué)院研究部副主任、電子工

書籍目錄

譯者序 第2版前言 第1章　微電子封裝的導(dǎo)言和概覽 　1.1　概述 　1.2　電子封裝功能 　1.3　封裝等級結(jié)構(gòu) 　　1.3.1　晶片貼裝 　　1.3.2　第一等級互連 　　1.3.3　封裝蓋和引腳密封 　　1.3.4　第二等級互連 　1.4　微電子封裝技術(shù)簡史 　1.5　封裝技術(shù)的驅(qū)動力 　　1.5.1　制造成本 　　1.5.2　可制造性成本 　　1.5.3　尺寸和重量 　　1.5.4　電子設(shè)計(jì) 　　1.5.5　熱設(shè)計(jì) 　　1.5.6　力學(xué)性能設(shè)計(jì) 　　1.5.7　可制造性設(shè)計(jì) 　　1.5.8　可測試性設(shè)計(jì) 　　1.5.9　可靠性設(shè)計(jì) 　　1.5.10　可服務(wù)性設(shè)計(jì) 　　1.5.11　材料選擇 　1.6　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 　習(xí)題 第2章　微電子封裝材料 　2.1　概述 　2.2　一些重要的封裝材料性質(zhì) 　　2.2.1　力學(xué)性能 　　2.2.2　濕氣滲透 　　2.2.3　界面的粘滯性 　　2.2.4　電氣性能 　　2.2.5　熱性質(zhì) 　　2.2.6　化學(xué)性質(zhì) 　　2.2.7　系統(tǒng)可靠性 　2.3　封裝中的陶瓷材料 　　2.3.1　礬土（Al2O3） 　　2.3.2　氧化鈹（BeO） 　　2.3.3　氮化鋁（AlN） 　　2.3.4　碳化硅（SiC） 　　2.3.5　氮化硼（BN） 　　2.3.6　玻璃陶瓷 　2.4　封裝中的聚合物材料 　　2.4.1　聚合物的基本知識 　　2.4.2　聚合物的熱塑性和熱硬性 　　2.4.3　水分和溶劑對聚合物的影響 　　2.4.4　關(guān)注的一些聚合物性質(zhì) 　　2.4.5　微電子中所用聚合物的主要分類 　　2.4.6　聚合物的第一等級封裝應(yīng)用 　2.5　封裝中的金屬材料 　　2.5.1　晶片焊接 　　2.5.2　芯片到封裝或基底 　　2.5.3　封裝構(gòu)造 　2.6　高密度互連基片中使用的材料 　　2.6.1　層壓基片 　　2.6.2　陶瓷基片 　　2.6.3　沉淀的薄膜基片 　2.7　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 　習(xí)題 第3章　處理技術(shù) 　3.1　概述 　3.2　薄膜沉淀 　　3.2.1　真空現(xiàn)象 　　3.2.2　真空泵 　　3.2.3　蒸發(fā) 　　3.2.4　濺射 　　3.2.5　化學(xué)蒸氣沉淀 　　3.2.6　電鍍 　3.3　模式化 　　3.3.1　光平板印刷 　　3.3.2　蝕刻 　3.4　金屬間的連接 　　3.4.1　固態(tài)焊接 　　3.4.2　熔焊和銅焊 　3.5　小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 　習(xí)題 第4章　有機(jī)PCB的材料和處理過程第5章　陶瓷基片第6章　電氣考慮、建模和仿真第7章　熱考慮因素第8章　機(jī)械設(shè)計(jì)考慮第9章　分立和嵌入式無源元件第10章　電子封裝的裝配第11章　設(shè)計(jì)考慮第12章　射頻和微波封裝第13章　電力電子器件封裝第14章　多芯片和三維封裝第15章　MEMS和MOEMS的封裝：挑戰(zhàn)與案例研究第16章　可靠性分析第17章　成本評估和分析第18章　材料特性的分析技術(shù)

章節(jié)摘錄

　　密封主要通過4個(gè)主要過程完成：低溫焊、釬焊、玻璃密封和焊接。低溫焊密封通過在封裝體和封裝蓋之間熔解金屬合金來完成。最常使用的金屬合金是共晶63Pb-37Sn，熔點(diǎn)是183℃。低溫焊密封通常在鏈條式平爐之間進(jìn)行，該爐提供了預(yù)熱、熔化以及冷卻區(qū)域?！　♀F焊使用比低溫焊更高熔點(diǎn)的合金，比如共晶80Au-20Sn，熔點(diǎn)為280℃。Au-Sn合金的釬焊能提供比低溫焊更強(qiáng)和更能抗腐蝕的密封，并且不需要使用助焊劑。低溫焊和釬焊都要求在封裝和封裝蓋上有可焊接的金屬密封環(huán)?！　〔Ａ芊馐褂萌埸c(diǎn)在400℃：~右的玻璃。由于要求相對高的溫度對封裝進(jìn)行密封，芯片貼附材料必須基于玻璃或者金屬預(yù)制坯，并且線焊、焊盤以及內(nèi)部封裝引腳必須采用單一金屬系統(tǒng)（比如全部是鋁）以避免可靠性問題。玻璃封裝通常在鏈條式平爐上進(jìn)行。由于玻璃密封過程的復(fù)雜性以及窄處理窗口，這種密封過程不再像以前那樣流行?！　『附邮敲芊廛娛路庋b的流行方法，因?yàn)樗峁┝朔浅８叩漠a(chǎn)量以及非常高的可靠性。將高電流脈沖施加到具有旋轉(zhuǎn)或者靜止電極的封裝蓋上，局部溫度可以達(dá)到1000~1500℃，從而將封裝蓋熔解到封裝密封環(huán)上。焊接也可以使；用電子束或者激光器。這些方法的裝配更昂貴，但是它們能以很高的速度進(jìn)行焊接，并且阻止熱進(jìn)入封裝內(nèi)（這對于熱敏元器件而言非常重要）?！　?0.9.2 密封封裝測試　　通過將封裝進(jìn)行泄漏，就可以進(jìn)行密封封裝集成測試。粗略泄漏測試能夠測出10-4～10-1atm／cm。／s范圍的泄漏，而精細(xì)泄漏測試能夠測試出10-12～10-6atm／cm3／s范圍的泄漏。粗略泄漏的測試過程如下：首先把封裝在大于5Torr的真空吸氣系統(tǒng)中放置lh，然后在液態(tài)碳氟化合物（FC-84）中沉浸30min，接著將封裝沉浸在另一種比FC-80沸點(diǎn)更高的液態(tài)碳氟化合物（FC-40）中，將FC-40加熱到比FC-80沸點(diǎn)更高的溫度，在泄漏封裝中的FC-80就會以可見氣泡的形式排出。另一種替代方法是使用氣體分析儀，將封裝加熱到125℃時(shí)檢測FC-84分子，這種替代方法沒有那么常用?！　【?xì)泄漏測試通過將封裝放到充有氦氣的壓強(qiáng)為60psig的壓力艙中“轟炸”2h，然后將封裝放到裝有氦氣質(zhì)譜計(jì)的真空艙中（封裝的任何氦氣泄漏都能通過質(zhì)譜計(jì)檢測出來）?！　×硪环N泄漏測試方法能同時(shí)檢測粗略泄漏和精細(xì)泄漏。封裝首先放入混有1％Kr85（一種放射性追蹤氣體）的干燥氮?dú)庵羞M(jìn)行加壓，然后用放射性計(jì)數(shù)器檢測由Kr_85的β衰減產(chǎn)生的γ射線。如果Kr-85泄漏到封裝中，γ射線會穿透封裝壁，并且放射性計(jì)數(shù)器會測量進(jìn)入封裝的Kr-85濃度。

編輯推薦

　　《高級電子封裝（原書第2版）》反映了自1999年第1版出版以來，電子封裝工業(yè)中的變化以及來自學(xué)生、工程師和教育工作者們的反饋：熟悉第1版的讀者們將注意到幾個(gè)重要變化。例如，有機(jī)和陶瓷基片現(xiàn)在在單獨(dú)的章節(jié)中講解。增添了新的章節(jié)，這些章節(jié)講解無源元件、射頻和微波封裝、電子封裝組裝以及成本評估和分析。另外，讀者們可以得到如下專題的最近信息和發(fā)現(xiàn)：封裝材料和應(yīng)用；建模和仿真；材料的分析技術(shù)；MEMS封裝；造技術(shù)和封裝設(shè)計(jì)；可靠性；電氣的、機(jī)械的和熱的考慮因素；三維封裝；第1版的所有標(biāo)志性內(nèi)容（已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和受到歡迎的研究生水平教材）得以保留。說明真實(shí)世界應(yīng)用的范例，由于習(xí)題中的廣泛應(yīng)用得以增強(qiáng).這使讀者們自己將他們新發(fā)現(xiàn)的知識應(yīng)用到實(shí)踐之中。

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