微电子器件封装材料与封装技术PDF电子书下载

1　微电子器件封装概述 1

1.1 微电子封装的意义 1

1.1.1 微电子器件封装和互连接的等级 1

1.1.2　微电子产品 2

1.2　封装在微电子中的作用 4

1.2.1 微电子 4

1.2.2　半导体的性质 5

1.2.3　微电子元件 6

1.2.4　集成电路 7

1.2.5　集成电路IC封装的种类 8

1.3　微电子整机系统封装 11

1.3.2　汽车系统当中的系统封装 13

1.3.1 通信工业 13

1.3.3 医用电子系统的封装 14

1.3.4 日用电子产品 14

1.3.5　微电子机械系统产品 14

1.4　微电子封装设计 15

2　封装的电设计 16

2.1　电的基本概念 17

2.1.1　欧姆定律 17

2.1.2　趋肤效应 18

2.1.3　克西霍夫定律 18

2.1.4 噪声 18

2.1.5 时间延迟 18

2.1.6　传输线 18

2.1.9　SPICE电路模拟计算机程序 19

2.1.7　线间干扰 19

2.1.8　电磁波干扰 19

2.2　封装的信号传送 20

2.2.1　信号传送性能指标 20

2.2.2　克西霍夫定律和转变时间延迟 24

2.3　互连接的传输线理论 25

2.3.1　一维波动方程 26

2.3.2　数字晶体管的传输线波 27

2.3.3　传输线终端的匹配 29

2.3.4　传输线效应的应用 31

2.4　互连接线间的干扰（串线） 32

2.5　电力分配的电感效应 35

2.5.1 电感效应 35

2.5.3　芯片电路的电感和噪声的关系 36

2.5.2　有效电感 36

2.5.4　输出激励器的电感和噪声的关系 37

2.5.5　供电的噪声 38

2.5.6　封装技术对感生电感的影响 40

2.5.7　设置去耦合电容 41

2.5.8　电磁干扰 43

2.5.9　封装的电设计小结 44

3　封装的热控制 46

3.1 电子器件热控制的重要性 46

3.2　热控制计算基础 48

3.2.1 一维传导 48

3.2.3　对流 49

3.2.2　固体界面的热流通 49

3.2.4　整体负载的加热和冷却 50

3.2.5　热阻 50

3.2.6　串联的热阻 51

3.2.7　并联的热阻 51

3.2.8　IC和印刷电路主板（PWB）封装的热控制 52

3.2.9 自然通风的印刷电路板 53

3.2.10　单一印刷电路板 54

3.2.11　强制对流下的印刷电路板 54

3.3　电子器件冷却方法 55

3.3.1　散热器 55

3.3.3　热管道冷却 56

3.3.2　热通道 56

3.3.4　沉浸冷却 57

3.3.5 热电制冷 58

3.3.6　冷却方法的选择 58

3.4　热机械应力对封装的影响 59

3.4.1 芯片贴装的热机械应力 59

3.4.2　热疲劳 59

3.4.3　封装焊接点的热应力 60

3.4.4　印刷电路板的热应力 60

3.4.5　灌封树脂的热性质 60

4　陶瓷封装材料 61

4.1　传统的陶瓷芯片封装的基本类型 61

4.1.1　陶瓷双列直插封装 61

4.2　多层共烧结陶瓷封装材料 62

4.1.2　陶瓷扁平封装 62

4.2.1　多层陶瓷封装基座板的制造 63

4.2.2　陶瓷基板片坯体的成型 65

4.2.3　网版印刷电路技术 65

4.2.4　烧结过程 66

4.2.5　引线脚和引线插针的安装 67

4.3　针引脚栅阵列封装 67

4.4　陶瓷球阵列芯片封装技术 68

4.4.1 陶瓷球阵列芯片封装的特点 68

4.4.2 CBGA/CCGA组件的装配 69

4.4.3　凸焊球和凸焊柱的安装 70

4.4.4 CBGA/CCGA母板的装配 71

5　聚合物材料封装 73

5.1　模塑封装 74

5.1.1 引脚架 74

5.1.2　芯片的贴装 74

5.1.3　引线键合 75

5.1.4　传递模塑封装 75

5.1.5　模塑封装塑料固化剂 76

5.2　密封用聚合物 77

5.2.1　罐装密封用聚合物 77

5.2.2 印制板（PWB）上器件的密封 78

5.2.3　模塑密封复合料 79

5.2.4　模塑复合料塑料密封的主要问题 81

5.3　塑料球栅阵列芯片封装 84

5.3.3　塑料球栅阵列芯片封装印制版 86

5.3.2 PBGA与CBGA比较 86

5.3.1　塑料球焊阵列封装的优越性 86

5.3.4　树脂基板（层压板）的制造工艺 89

5.3.5　塑料PBGA安装的母板设计 91

5.3.6　表面安装焊接工艺 92

5.3.7 塑料BGA封装结构和制造工艺 92

5.3.8　热力学分析 93

5.3.9 电的分析 94

5.3.10　可靠性研究 94

5.3.11 PBGA封装技术趋势和进一步发展 95

6　引线框架材料 97

6.1 金属引线框架的功能 97

6.2.2　非气密性封装 98

6.2.1 气密性密封的陶瓷封装 98

6.2　金属引线框架的装配 98

6.3　金属引线框架的制造 99

6.4　引线框架材料的性质 101

6.5　可焊接性（solderability） 102

7　金属焊接材料 104

7.1　焊料的组成 104

7.1.1 高铅焊料 105

7.1.2　锡铅银合金焊接料 105

7.1.3　锡铅锑合金 106

7.1.4 高锡焊料 107

7.2　焊接强度 107

7.3.2　松脂焊剂 108

7.3.1　焊剂的组成 108

7.3　助焊剂 108

7.3.3　树脂焊剂 109

7.3.4　水溶性有机焊剂 109

7.3.5　不清洗焊剂 109

7.3.6　印刷电路板上的焊剂涂抹方法 109

7.4　焊锡膏 109

7.4.1　焊锡膏的焊剂 110

7.4.2　焊膏的检验和使用 110

8　高分子环氧树脂 112

8.1 环氧树脂材料 112

8.1.1　环氧树脂的种类 113

8.1.2　固化剂的选择 115

8.2　环氧树脂封装的基本制造工艺 118

8.1.3 双氰二胺（dicyandiamide,DICY） 118

8.2.1 铸塑 119

8.2.2　罐封 119

8.2.3　模塑 119

8.2.4　环氧树脂泡沫塑料封装 119

8.2.5　层压成型 120

8.2.6　胶黏黏结（adhesive bonding） 120

8.3　刚性环氧树脂 120

8.3.1 刚性环氧树脂的特性 121

8.3.2　环氧树脂封装塑料的组成 122

8.3.3　封装工艺 124

8.4.3　柔性环氧树脂固化剂 125

8.4.2　柔性材料的种类 125

8.4.1　柔性环氧树脂的性质 125

8.4 柔性环氧树脂 125

8.4.4　特殊应用 126

8.5 硅有机树脂 127

8.5.1　溶剂硅树脂体系 128

8.5.2　室温下硫化的硅树脂涂覆材料 129

8.5.3　用紫外线固化的硅树脂涂覆料 129

9　IC芯片贴装与引线键合 131

9.1 IC芯片贴装的方法 131

9.1.1　金属共晶体芯片贴装 131

9.1.2　焊锡芯片贴装 132

9.1.4　聚合物芯片贴装 133

9.1.3　玻璃芯片贴装法 133

9.2　IC芯片引线键合 134

9.2.1　引线丝球焊接 135

9.2.2　引线丝楔形焊 136

9.2.3　引线丝键合的电性能 137

9.2.4　引线丝键合的可靠性 137

9.3　载带自动焊技术 138

9.3.1 聚合物载带（tape）的制造 139

9.3.2　芯片凸焊接点的制造（chip bumping） 140

9.3.3 内引线键合（inner lead bonding） 141

9.3.4　芯片密封（encapsulation） 142

9.3.5　外引线键合 142

9.4　芯片的倒装技术 143

9.4.1　芯片倒装互连接结构 143

9.4.2　IC键合连接凸点下金属化（UBM） 144

9.4.3　倒装芯片工艺过程 146

9.4.4　有机基板上的倒装芯片安装 148

9.4.5　倒装芯片下填充密封工艺 148

9.4.6　倒装芯片互连接成品装配工艺过程 150

9.4.7　倒装芯片互连接成品的电表现 151

9.4.8　倒装芯片互连接成品的可靠性与缺陷和失效模式 151

9.5　总结及未来趋势 152

10　可靠性设计 154

10.1　微电子器件失效机理 154

10.2　可靠性设计的基础 155

10.3.1　防止疲劳失效 156

10.3.2　疲劳断裂的定义 156

10.3　热机械性的失效 156

10.3.3　降低早期疲劳的设计方法 157

10.3.4　防止脆性疲劳 157

10.3.5　设计防止蠕变产生的失效 158

10.3.6　防止剥离引起的失效 158

10.3.7　防止塑性变形 159

10.4 电气方面引起的失效 159

10.4.1 防止静电放电 159

10.4.2　防止电迁移 160

10.5　化学导致的失效 160

10.5.1　防止腐蚀的方法 161

10.5.2　金属间的扩散 161

10.6　总结和未来趋势 161

参考文献 163