高级电子封装 原书第2版PDF电子书下载

第1章 微电子封装的导言和概览 1

1.1 概述 1

1.2 电子封装功能 2

1.3 封装等级结构 2

1.3.1 晶片贴装 4

1.3.2 第一等级互连 4

1.3.3 封装盖和引脚密封 5

1.3.4 第二等级互连 6

1.4 微电子封装技术简史 6

1.5 封装技术的驱动力 14

1.5.1 制造成本 14

1.5.2 可制造性成本 15

1.5.3 尺寸和重量 15

1.5.4 电子设计 15

1.5.5 热设计 15

1.5.6 力学性能设计 16

1.5.7 可制造性设计 16

1.5.8 可测试性设计 16

1.5.9 可靠性设计 17

1.5.10 可服务性设计 17

1.5.11 材料选择 17

1.6 小结 18

参考文献 19

习题 20

第2章 微电子封装材料 22

2.1 概述 22

2.2 一些重要的封装材料性质 22

2.2.1 力学性能 22

2.2.2 湿气渗透 23

2.2.3 界面的粘滞性 23

2.2.4 电气性能 24

2.2.5 热性质 25

2.2.6 化学性质 26

2.2.7 系统可靠性 26

2.3 封装中的陶瓷材料 27

2.3.1 矾土（Al2O3） 29

2.3.2 氧化铍（BeO） 30

2.3.3 氮化铝（AlN） 31

2.3.4 碳化硅（SiC） 31

2.3.5 氮化硼（BN） 32

2.3.6 玻璃陶瓷 32

2.4 封装中的聚合物材料 33

2.4.1 聚合物的基本知识 33

2.4.2 聚合物的热塑性和热硬性 35

2.4.3 水分和溶剂对聚合物的影响 36

2.4.4 关注的一些聚合物性质 36

2.4.5 微电子中所用聚合物的主要分类 39

2.4.6 聚合物的第一等级封装应用 43

2.5 封装中的金属材料 45

2.5.1 晶片焊接 45

2.5.2 芯片到封装或基底 46

2.5.3 封装构造 50

2.6 高密度互连基片中使用的材料 51

2.6.1 层压基片 52

2.6.2 陶瓷基片 55

2.6.3 沉淀的薄膜基片 56

2.7 小结 58

参考文献 58

习题 60

第3章 处理技术 62

3.1 概述 62

3.2 薄膜沉淀 62

3.2.1 真空现象 62

3.2.2 真空泵 63

3.2.3 蒸发 65

3.2.4 溅射 67

3.2.5 化学蒸气沉淀 70

3.2.6 电镀 72

3.3 模式化 74

3.3.1 光平板印刷 74

3.3.2 蚀刻 77

3.4 金属间的连接 79

3.4.1 固态焊接 79

3.4.2 熔焊和铜焊 81

3.5 小结 82

参考文献 82

习题 83

第4章 有机PCB的材料和处理过程 84

4.1 概述 84

4.2 所有PCB层构造的普遍问题 85

4.2.1 数据格式和规范 85

4.2.2 计算机辅助制造和加工 85

4.2.3 排版 86

4.2.4 层叠材料 87

4.2.5 制造容限综述 88

4.3 PCB处理流程 89

4.3.1 内层的制造 91

4.3.2 MLB结构和外层的制造 94

4.3.3 电气测试 98

4.3.4 视觉和维度检测 99

4.3.5 合同评审 99

4.3.6 显微薄片分析 100

4.4 介电材料 101

4.4.1 介电材料的动因 101

4.4.2 介电材料的构造与处理考虑因素 102

4.5 表面抛光 106

4.6 高级PCB结构 107

4.6.1 高密度互连接和微型过孔 107

4.7 规范和标准 113

4.7.1 IPC简史 113

4.7.2 有机PCB的相关标准 113

4.8 主要术语 115

参考文献 118

习题 118

第5章 陶瓷基片 121

5.1 电子封装中的陶瓷 121

5.1.1 引言和背景 121

5.1.2 陶瓷基片的作用 121

5.1.3 陶瓷的优势 121

5.1.4 陶瓷成分 122

5.1.5 陶瓷基片制造 122

5.2 陶瓷基片的电气性能 123

5.3 陶瓷基片的力学性能 124

5.4 陶瓷基片的物理性能 125

5.5 设计规则 125

5.6 陶瓷上的薄膜 126

5.6.1 引言和背景 126

5.6.2 沉淀技术 126

5.6.3 薄膜基片性质 127

5.7 陶瓷上的厚膜 127

5.7.1 引言和背景 127

5.7.2 丝网准备和检查 128

5.7.3 丝网印刷处理 129

5.7.4 基片清理和处理环境 130

5.7.5 厚膜的形成 130

5.7.6 湿粘土的热处理过程 131

5.7.7 厚膜的金属化 131

5.7.8 厚膜电介质 132

5.7.9 厚膜电阻 133

5.8 低温共烧陶瓷 133

5.8.1 LTCC技术 133

5.8.2 绝缘胶带的处理和清洁室环境 135

5.8.3 过孔的形成 136

5.8.4 过孔的填充 138

5.8.5 绝缘胶带材料的丝网印刷考虑因素 139

5.8.6 检查 140

5.8.7 绝缘胶带层整理 140

5.8.8 层压 141

5.8.9 烧制 142

5.8.10 后处理 143

5.8.11 设计考虑因素 145

5.8.12 收缩预测与控制 145

5.9 HTCC制造过程 146

5.9.1 HTCC处理 146

5.9.2 多层AIN 146

5.10 高电流基片 146

5.10.1 直接接合铜处理 147

5.10.2 有源金属铜镀 148

5.11 小结 148

参考文献 149

习题 150

第6章 电气考虑、建模和仿真 152

6.1 概述 152

6.1.1 仅仅是一根导线吗？ 152

6.1.2 电气封装的功能 152

6.2 基本事项 153

6.2.1 电阻 153

6.2.2 自感和互感 157

6.2.3 电容 161

6.2.4 参数提取程序 163

6.3 信号完整性和建模 163

6.3.1 数字信号的表示和频谱 164

6.3.2 驱动器和接收器模型 165

6.3.3 RC延迟 167

6.4 传输线 170

6.4.1 微带传输线 174

6.4.2 端接反射 175

6.4.3 信号线损耗和集肤效应 180

6.4.4 网络拓扑 181

6.5 耦合噪声或者串扰 182

6.6 电源和地 185

6.6.1 动态配电 185

6.6.2 电源系统的阻抗 186

6.6.3 去耦电容的谐振 186

6.6.4 配电建模 187

6.6.5 切换噪声 188

6.7 总体封装IC模型与仿真 191

6.7.1 仿真 192

6.8 时域反射测量法 192

6.9 小结 195

参考文献 195

习题 196

第7章 热考虑因素 200

7.1 概述 200

7.1.1 热源 200

7.1.2 热消除的方法 201

7.1.3 故障模式 202

7.2 热传递基本原理 203

7.2.1 热传递速度方程 203

7.2.2 元件的暂态热响应 207

7.2.3 各种形状中的传导 208

7.2.4 总体热阻 213

7.2.5 强制对流热传递 216

7.2.6 自然对流热传递 223

7.3 空气致冷 227

7.4 液体致冷 228

7.4.1 单相液体致冷 228

7.4.2 双相液体致冷 228

7.5 高级致冷方法 231

7.5.1 热管致冷 231

7.5.2 热电致冷 232

7.5.3 微通道致冷 233

7.6 计算机辅助模型 233

7.6.1 固体模型 233

7.6.2 计算流体力学 234

7.6.3 去耦合级别 234

7.6.4 典型结果 234

7.7 小结 236

参考文献 236

附录：热传递计算的热物理属性 237

习题 239

第8章 机械设计考虑 241

8.1 概述 241

8.2 变形与应变 241

8.3 应力 244

8.4 本构关系 247

8.4.1 弹性材料 248

8.4.2 塑性材料 249

8.4.3 蠕变材料 250

8.5 简化形式 251

8.5.1 平面应力和平面应变 251

8.5.2 梁问题 252

8.6 失效理论 256

8.6.1 静态失效 256

8.6.2 断裂力学 259

8.6.3 疲劳 259

8.7 确定应力的分析方法 261

8.7.1 双材料组的轴向效应 261

8.7.2 双材料组的弯曲效应 265

8.7.3 剥离应力 266

8.7.4 三材料组 268

8.8 数值方法 271

8.8.1 有限元方法 271

8.8.2 商业代码 274

8.8.3 局限和危害 276

8.9 小结 276

参考文献 277

参考书目 277

习题 278

第9章 分立和嵌入式无源元件 283

9.1 概述 283

9.2 现代电子系统中的无源元件 284

9.3 无源元件的定义和结构 288

9.4 基于薄膜的无源元件 289

9.5 电阻器 291

9.5.1 设计方程 291

9.5.2 胶料嵌入式电阻器 293

9.5.3 电阻器的材料 294

9.6 电容器 295

9.6.1 顺电体和铁电体 297

9.6.2 电介质尺寸设计 299

9.6.3 用于电容器的电介质材料 300

9.7 电感器 302

9.8 无源元件的电气特性 303

9.8.1 理想无源元件的建模 304

9.8.2 实际电容器的建模 304

9.8.3 分立和嵌入电容器中寄生效应的差别 305

9.8.4 实际电感器的建模 307

9.8.5 实际电阻器的建模 308

9.9 嵌入无源元件时的问题 308

9.9.1 嵌入无源元件的原因 308

9.9.2 嵌入无源元件的问题 310

9.10 去耦电容器 311

9.10.1 去耦问题 311

9.10.2 分立电容器的去耦 311

9.10.3 嵌入式电容器的去耦 312

9.11 无源元件的未来 313

参考文献 314

习题 314

第10章 电子封装的装配 316

10.1 概述 316

10.2 设施 317

10.2.1 清洁室要求 317

10.2.2 静电放电要求 318

10.2.3 湿敏度级别要求 318

10.2.4 回流焊温度 319

10.3 元件的处理 319

10.3.1 运送 319

10.3.2 保存 320

10.3.3 处理 320

10.4 表面贴装技术装配 321

10.4.1 焊料印制过程以及相关缺陷 321

10.4.2 元件放置 322

10.4.3 回流焊 323

10.4.4 净化 324

10.5 晶圆准备 324

10.5.1 晶圆探测 324

10.5.2 晶圆安装 325

10.5.3 晶圆背面研磨/减薄 325

10.5.4 晶圆锯割 326

10.5.5 晶圆划线 327

10.5.6 相关装备 327

10.6 晶粒贴附 328

10.6.1 环氧树脂 328

10.6.2 热塑性材料和热固性树脂 329

10.6.3 焊料 330

10.6.4 返工 330

10.6.5 晶粒贴附装备 331

10.7 线焊 331

10.7.1 热压缩线焊 332

10.7.2 超声线焊 332

10.7.3 热超声线焊 332

10.7.4 带焊接 332

10.7.5 球焊 333

10.7.6 楔焊 333

10.7.7 线焊测试 334

10.7.8 带状自动化焊接 336

10.7.9 等离子表面处理 337

10.8 倒装芯片 338

10.8.1 晶圆凸点 339

10.8.2 助焊 342

10.9 封装/密封/包装 344

10.9.1 密封封装 344

10.9.2 密封封装测试 345

10.9.3 非密封包装 345

10.10 封装级别处理 348

10.10.1 引脚修整、成形以及分离 348

10.10.2 焊球贴附和分离 348

10.10.3 标记 348

10.11 艺术级技术 348

10.11.1 3D和堆栈晶粒 348

10.11.2 射频模块 349

10.11.3 微电子机械系统和微光电子机械系统 350

10.11.4 纳米技术 351

10.12 小结 352

参考文献 352

习题 352

第11章 设计考虑 354

11.1 概述 354

11.2 封装和电子系统 354

11.2.1 封装功能 354

11.2.2 系统和封装度量 355

11.2.3 系统约束和折中 356

11.2.4 系统划分 358

11.3 封装功能间的折中 360

11.3.1 信号线路 360

11.3.2 配电 366

11.3.3 热管理 368

11.3.4 互连测试 369

11.4 折中设计例子 370

11.5 产品开发周期 372

11.5.1 传统和修正的产品周期 372

11.5.2 市场分析和产品规格 374

11.5.3 框图和划分 374

11.5.4 技术选择 375

11.5.5 ASIC/PCB/MCM设计 375

11.5.6 热/机械设计 376

11.5.7 测试程序的开发 376

11.5.8 制造工具开发 377

11.5.9 制造/装配 377

11.5.10 鉴定 377

11.5.11 品质 377

11.5.12 产品引入 378

11.6 设计概念 378

11.6.1 元件回顾 378

11.6.2 原理图概述 380

11.6.3 设计视图 383

11.6.4 反向标注 383

11.6.5 仿真和评估 384

11.7 PCB/MCM设计过程 384

11.7.1 PCB设计流程 385

11.7.2 库 385

11.7.3 封装 386

11.7.4 布线 387

11.7.5 Fablink 388

11.7.6 设计概念小结 389

11.8 小结 390

参考文献 390

软件手册 391

习题 391

第12章 射频和微波封装 392

12.1 概述与背景 392

12.1.1 高频电路的本质 392

12.1.2 高频电路应用 393

12.1.3 基本概念 394

12.2 传输线 397

12.2.1 传输线模型 398

12.2.2 系统级传输线 399

12.2.3 平面传输线 401

12.2.4 不连续性 406

12.3 高频电路的实现 410

12.3.1 材料的考虑 410

12.3.2 微波单片集成电路 412

12.3.3 MIC技术 413

12.4 集总元件 414

12.4.1 电容器 414

12.4.2 电感器 415

12.4.3 电阻器和端结 416

12.5 分布式元件 416

12.5.1 阻抗匹配设备 417

12.5.2 滤波器 417

12.5.3 功率分配器 418

12.5.4 耦合器 419

12.6 仿真和电路布局 420

12.7 测量和测试 421

12.8 频域测量 421

12.8.1 测量系统 422

12.8.2 探测硬件和连接器 423

12.9 时域测量 424

12.10 设计例子 424

12.11 小结 427

参考文献 427

习题 431

第13章 电力电子器件封装 432

13.1 概述 432

13.2 电力半导体器件技术 432

13.2.1 理想和非理想的电力开关 432

13.2.2 功率二极管 435

13.2.3 晶闸管 435

13.2.4 功率双极型晶体管 436

13.2.5 金属氧化物半导体功率场效应晶体管 436

13.2.6 绝缘栅双极型晶体管 436

13.2.7 静电感应晶体管 436

13.2.8 SiC半导体器件 437

13.3 商用功率封装 439

13.3.1 分立功率器件封装 439

13.3.2 多芯片功率模块和一体化集成方案 442

13.3.3 商用封装的热性能 443

13.4 功率封装设计方法 449

13.4.1 整体系统设计方法 450

13.4.2 基底的选择 452

13.4.3 基片和散热器的选择 452

13.4.4 芯片的焊接方法 453

13.4.5 键合 457

13.4.6 热设计 459

13.4.7 电磁干扰和电磁兼容 461

13.4.8 高温电力电子器件 461

13.5 小结 462

参考文献 462

习题 464

第14章 多芯片和三维封装 466

14.1 概述 466

14.1.1 多芯片封装的历史回顾 466

14.1.2 多芯片封装的动力 467

14.2 封装层次和分类 470

14.2.1 层次 470

14.2.2 MCM剖析 470

14.2.3 平面MCM方法 472

14.3 3D系统 477

14.3.1 3D系统的特征 477

14.3.2 芯片和封装堆叠 480

14.3.3 MCM堆叠 482

14.3.4 折叠方法 483

14.4 多芯片封装的选择 484

14.4.1 产量/已知的合格芯片 484

14.4.2 工艺兼容性 485

14.4.3 2D和3D封装的密度度量 485

14.4.4 走线密度 485

14.4.5 输入/输出 486

14.4.6 电气性能和基片选择 488

14.4.7 热管理 489

14.4.8 可测试性 490

14.4.9 封装系统与片上系统 490

14.5 密度缩放的趋势 491

14.5.1 对于规则的或较少引脚的装配 492

14.5.2 中等复杂引脚的装配方法1 493

14.5.3 中等复杂引脚的装配方法2 493

14.5.4 高密度封装的问题 494

14.6 小结 495

参考文献 496

习题 496

第15章 MEMS和MOEMS的封装：挑战与案例研究 498

15.1 概述 498

15.2 背景 498

15.2.1 混合信号、混合域、混合级封装：向下一代专用集成系统发展 498

15.2.2 MEMS 499

15.3 MEMS集成的挑战 500

15.3.1 释放和粘附 502

15.3.2 切割 502

15.3.3 芯片处理 503

15.3.4 晶圆级封装 503

15.3.5 应力 503

15.3.6 气密性 504

15.3.7 测试 504

15.3.8 MEMS封装中的艺术 504

15.3.9 未来方向 506

15.4 数字微镜器件的封装方法 506

15.4.1 MOEMS和特殊DMD的背景介绍 506

15.4.2 影响DMD封装的因素 508

15.4.3 DMD封装设计 509

15.4.4 DMD气密封装装配 513

15.5 封装技术的未来挑战 514

致谢 515

参考文献 515

习题 517

第16章 可靠性分析 518

16.1 概述 518

16.1.1 概念定义 518

16.1.2 失效模式 520

16.1.3 本章涉及内容 521

16.2 失效机理 521

16.2.1 腐蚀 522

16.2.2 机械应力 524

16.2.3 电应力 525

16.2.4 故障分析技术 525

16.3 加速测试 527

16.3.1 加速环境测试 528

16.3.2 静电荷释放加速测试 530

16.3.3 其他加速测试 531

16.3.4 测试结构 532

16.4 可靠性衡量 532

16.4.1 失效率、MTBF和FIT 532

16.4.2 可靠性函数 533

16.4.3 Weibull分布 537

16.4.4 正态分布 540

16.4.5 失效分布图和浴盆曲线 542

16.5 微电子系统的失效统计 542

16.5.1 复合式失效模式组件的失效预测 544

16.6 微电子学的可靠性科学在工业中的应用 545

参考文献 545

习题 545

第17章 成本评估和分析 551

17.1 概述 551

17.2 产品成本 551

17.2.1 直接成本 551

17.2.2 间接成本 552

17.2.3 传统的基于批量的成本估算 552

17.2.4 基于活动的成本估算 553

17.3 盈亏平衡分析 555

17.3.1 线性均衡分析 555

17.3.2 分段线性均衡分析 557

17.4 学习曲线关系 557

17.4.1 确定提升速率的指数值 558

17.4.2 学习曲线实例 559

17.5 预测模型 560

17.5.1 方均差（MSE） 562

17.5.2 均值绝对差（MAD） 562

17.5.3 均值百分比误差（MPE） 562

17.5.4 均值绝对百分比误差（MAPE） 562

17.5.5 移动平均 563

17.5.6 基于历史数据的预测销售 564

17.5.7 指数平滑 565

17.5.8 最小二乘回归 570

17.6 比较分析 571

17.6.1 资金项目选择和评估 572

17.6.2 替代分析 573

17.7 灵敏度分析 574

17.7.1 单参数灵敏度分析 575

17.7.2 乐观-悲观灵敏度分析 575

17.8 小结 577

参考文献 577

习题 578

第18章 材料特性的分析技术 581

18.1 概述 581

18.2 X光衍射 582

18.2.1 综述 582

18.2.2 基本原理 583

18.2.3 检测仪器 584

18.2.4 实际中的考虑因素和应用 585

18.3 拉曼光谱学 588

18.3.1 综述 588

18.3.2 基本原理 588

18.3.3 检测仪器 589

18.3.4 实际中的考虑因素和应用 589

18.4 扫描探测显微镜 592

18.4.1 综述 592

18.4.2 STM原理和检测方法 593

18.4.3 SFM原理和检测方法 593

18.4.4 实际中的考虑因素和应用 594

18.5 扫描电子显微镜和能量散射X光分光镜 596

18.5.1 综述 596

18.5.2 基本原理 597

18.5.3 检测仪器 597

18.5.4 实际中的考虑因素和应用 599

18.6 共焦显微镜 600

18.6.1 综述 601

18.6.2 基本原理 601

18.6.3 检测仪器 601

18.6.4 实际中的考虑因素和应用 602

18.7 Auger电子光谱学 603

18.7.1 综述 603

18.7.2 基本原理 603

18.7.3 检测仪器 607

18.7.4 实际中的考虑因素和应用 609

18.8 X光光电子光谱学 613

18.8.1 综述 614

18.8.2 基本原理 614

18.8.3 检测仪器 616

18.8.4 实际中的考虑因素和应用 617

18.9 二次离子质量光谱学 621

18.9.1 综述 621

18.9.2 基本原理 621

18.9.3 检测仪器 624

18.9.4 实际中的考虑因素和应用 628

参考文献 631

习题 635