微电子封装手册 第2版【2025|PDF下载-Epub版本|mobi电子书|kindle百度云盘下载】

微电子封装手册 第2版PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第Ⅰ部分 技术驱动力3

第1章 微电子封装——概论3

1.1 引言3

1.1.1 电子装置的封装6

1.1.2 封装的功能和分层8

1.1.3 变化趋势10

1.1.3.1 产品应用10

1.1.3.2 半导体11

1.1.3.3 对未来电子装置封装的考虑13

1.2 技术驱动14

1.2.1 可引线性，引线端数和Rent定律15

1.2.2 电设计考虑16

1.2.2.1 综述17

1.2.2.2 信号线的电磁性质17

1.2.2.3 信号退化18

1.2.2.4 交叉耦合噪音18

1.2.2.5 开关（△I）噪声19

1.2.2.6 信号反射19

1.2.3 电性能——电源分配19

1.2.3.1 严格的分析20

1.2.3.2 对可接受的引线电感L=Lmax的粗略计算20

1.2.4 热设计考虑21

1.2.5 可靠性23

1.2.6 可制造性和质量24

1.2.7 可测试性25

1.2.8 存储器封装26

1.2.9 个人计算机和工作站28

1.2.10 便携式和混合信号装置29

1.2.11 高性能处理器30

1.2.12 光学互连31

1.2.13 封装技术性能考虑和演变的总结32

1.2.13.1 功率-时间积理论32

1.2.13.2 利用LIS技术降低URRθB33

1.2.13.3 LIS在片系统和封装35

1.2.13.4 传导媒介延迟因素38

1.3 封装技术41

1.3.1 封装的演变41

1.3.1.1 过去的封装44

1.3.1.2 未来的封装47

1.4 心片级互连47

1.4.1 引线键合48

1.4.2 TAB49

1.4.3 倒装芯片50

1.5 一级封装53

1.5.1 单芯片封装53

1.5.2 芯片尺寸或芯片大小封装55

1.5.3 单芯片封装市场58

1.5.4 塑料封装59

1.5.4.1 工艺控制60

1.5.5 塑料PGA技术61

1.5.6 引线框制造61

1.5.7 逻辑和存储器应用61

1.5.8 陶瓷封装技术63

1.5.9 BGA封装63

1.5.10 封装折衷65

1.5.11 一级多芯片封装67

1.5.11.1 定义68

1.5.11.2 多芯片封装的功能68

1.5.11.3 封装效率69

1.5.11.4 电性能70

1.5.11.5 可靠性70

1.5.11.6 多芯片封装的作用71

1.5.11.7 多芯片模块的类型71

1.5.11.8 成本71

1.5.11.9 应用73

1.6 封装到板的互连74

1.7 二级封装78

1.8 封装冷却82

1.9 封装的密封和包封84

1.10 本书的结构和范围86

1.11 参考文献87

第2章 封装布线与端子89

2.1 引言89

2.1.1 封装体系90

2.1.2 布线约束和尺寸90

2.1.3 物理设计工具对封装布线的影响94

2.1.4 布线模型的要求94

2.1.5 定量预测的目标94

2.1.6 布线术语的标准化95

2.2 布线模型及其变量95

2.2.1 基本可布线性分析95

2.2.2 Rent定律和平均布线长度98

2.2.3 引出端数目与Rent定律100

2.2.4 布线分布101

2.2.5 对互连点的拓扑制约102

2.2.6 布线拥护与完成的概率模型103

2.3 芯片电路布局和布线的结果与模型预测106

2.3.1 与实验的直接比较106

2.3.2 设计过程中逻辑变化的影响108

2.3.3 在门阵列芯片中减少门数的影响109

2.3.4 使用宏对芯片的影响109

2.3.5 多层布线对芯片可布线性的影响110

2.3.6 定制设计的影响111

2.4 更高级封装的布线112

2.4.1 封装可布线性研究113

2.4.2 封装可布线性的制约117

2.4.3 通孔可用性与布线线路可达性对封装布线能力的影响119

2.4.4 预测溢出的定量模型125

2.4.5 更高级封装运用布线能力分析126

2.5 结束语和未来工作的挑战128

2.5.1 可布线性分析的整个价值128

2.5.2 预布局和预布线的影响130

2.5.3 混合信号的布线130

2.5.4 设计工具的挑战130

2.6 参考文献131

第3章 封装电设计134

3.1 引言134

3.2 电路特性138

3.2.1 接收器138

3.2.1.1 传输噪声容限139

3.2.1.2 自生成噪声容限140

3.2.1.3 合成噪声容限141

3.2.1.4 接收器输入稳定性141

3.2.2 驱动器142

3.2.2.1 驱动器输出电平143

3.2.2.2 驱动器转换速率143

3.2.2.3 驱动器输出阻抗144

3.3 信号分配145

3.3.1 低速封装设计145

3.3.2 有损耗的信号线146

3.3.3 数字信号传输网络的设计方法147

3.3.3.1 离散负载及分布式网络150

3.3.3.2 布线规则形成实例152

3.3.3.3 延迟方程形成实例153

3.3.3.4 结构设计依据153

3.3.3.5 有源端接器153

3.4 电源配置155

3.5 噪声抑制157

3.5.1 Leff的意义158

3.5.1.1 高频下的电源阻抗161

3.5.2 开关或△I噪声163

3.5.2.1 耦合噪声或串扰167

3.5.3 最恶劣的情况：耦合噪声与△I噪声结合170

3.6 低损耗传输系统172

3.6.1 信号设计172

3.6.1.1 低损耗传输线的性质173

3.6.2 薄膜结构的噪声设计177

3.6.2.1 耦合噪声177

3.6.2.2 开关噪声178

3.7 封装建模179

3.7.1 基本原理180

3.7.2 频率效应187

3.7.3 时域波形畸变189

3.7.4 封装建模技术191

3.7.4.1 建模提示193

3.8 设计空间196

3.8.1 延迟累加与Z0的关系（传输线特性阻抗）196

3.8.2 噪声与Z0的关系曲线197

3.8.3 Z0的合格范围198

3.9 系统影响199

3.10 封装的改进202

3.11 小结203

3.12 致谢（略）204

3.13 参考文献204

3.14 附录：峰值平均电流变化率的计算206

第4章 电子封装中的传热208

4.1 序言208

4.2 传热基础212

4.2.1 传导213

4.2.1.1 热导率213

4.2.1.2 热阻214

4.2.1.3 扩展表面217

4.2.1.4 数值方法219

4.2.1.5 统计方法222

4.2.1.6 接触热阻223

4.2.2 对流225

4.2.2.1 无量纲数225

4.2.2.2 自然对流226

4.2.2.3 强迫对流228

4.2.3 沸腾236

4.2.4 辐射241

4.3 实验技术和仪器242

4.3.1 芯片温度测量242

4.3.2 确定内热阻242

4.3.3 确定外热阻243

4.3.4 供应商的热数据245

4.3.5 压力降和空气流246

4.4 典型的冷却设计248

4.5 近代封装传热的进展257

4.6 结论259

4.7 符号表260

4.8 参考文献262

第5章 封装可靠性266

5.1 引言266

5.2 可靠性计量学268

5.3 接触电阻278

5.4 环境作用284

5.4.1 封装环境284

5.4.2 封装结构285

5.4.3 化学失效机理285

5.4.4 电化学过程286

5.4.4.1 电化学基本原理和模型286

5.4.5 化学热力学原理289

5.4.6 电解质膜的形成293

5.4.7 失效率预测297

5.4.8 电化学失效的统计分布297

5.4.8.1 应用和举例298

5.4.9 微电子封装中的腐蚀控制299

5.4.10 聚合物失效机理300

5.5 热失配和热疲劳301

5.5.1 评价技术303

5.5.1.1 热应力评价——分析工具303

5.5.1.1.1 传统的应力分析法304

5.5.1.1.2 数值分析；有限元模型304

5.5.1.1.3 分布分析305

5.5.1.2 热应力评价——实验设备306

5.5.1.2.1 应变仪306

5.5.1.2.2 莫尔（Moire）干涉仪308

5.5.1.2.3 其他试验技术309

5.5.1.3 热、功率和机械循环309

5.5.1.3.1 热循环309

5.5.1.3.2 功率循环309

5.5.1.3.3 机械循环310

5.5.1.4 疲劳理论310

5.5.1.4.1 Coffin-Manson关系式311

5.5.1.4.2 Miner定律313

5.5.1.4.3 能量法313

5.5.1.4.4 断裂机理314

5.5.1.5 统计学316

5.5.2 热失配疲劳的主要现象317

5.5.2.1 一级封装：芯片粘接317

5.5.2.1.1 芯片开裂318

5.5.2.1.2 粘接层疲劳319

5.5.2.1.3 减小危害320

5.5.2.2 一级封装：倒装芯片320

5.5.2.2.1 热循环失效特性320

5.5.2.2.2 怎样研究疲劳321

5.5.2.2.3 影响疲劳性能的因素322

5.5.2.3 二级封装：插装型封装324

5.5.2.3.1 热循环失效特性324

5.5.2.3.2 如何研究疲劳寿命325

5.5.2.3.3 影响疲劳特性的因素325

5.5.2.3.4 未填焊料的孔325

5.5.2.4 二级封装：表面安装技术（SMT）325

5.5.2.4.1 无引线片式载体（LLCC）326

5.5.2.4.2 有引线片式载体（LCC）327

5.5.2.4.3 焊球阵列（BGA）329

5.5.2.4.4 板上芯片（COB）330

5.5.3 结论332

5.6 机械加载332

5.7 摩擦退化339

5.8 热传输退化342

5.9 总结345

5.10 参考文献347

5.11 附录：概率密度表362

第6章 封装制造367

6.1 序言367

6.2 产品质量和过程设计370

6.2.1 质量设计用的工具371

6.2.2 质量职能开发（QFD）371

6.2.2.1 QFD在封装设计中的典型例证373

6.2.3 田口稳健实验设计（DOE）方法374

6.2.3.1 DOE的七个步骤375

6.2.3.2 方差的重要性381

6.2.3.3 QFD在封装设计中的典型例证（续）382

6.2.4 稳健工艺设计384

6.2.5 产品质量和过程设计——总结385

6.3 产品鉴定386

6.3.1 新产品的鉴定387

6.3.1.1 可行性阶段（检查点A）387

6.3.1.2 开发阶段（检查点B）387

6.3.1.3 现场性能（检查点C）389

6.4 制造线模型化和模拟390

6.5 过程控制392

6.5.1 过程控制所要求的因素392

6.5.1.1 文件化过程393

6.5.1.2 量化表示和合格鉴定的能力394

6.5.1.3 文件化的和有用的工作说明书394

6.5.1.4 经操作认证的操作人员395

6.5.1.5 过程监测395

6.5.1.6 已校准和受监控的设备396

6.5.1.7 重新鉴定过程397

6.5.1.8 受控的入库材料397

6.5.1.9 在制品（WIP）控制398

6.5.1.10 内部审核399

6.5.1.11 闭环的管理评审400

6.5.2 过程控制总结400

6.6 遍及全球的质量标准——ISO 9000401

6.6.1 ISO 9000认证前的准备步骤402

6.6.1.1 规定职责和权力402

6.6.1.2 制定质量手册403

6.6.1.3 制定文件“你做什么”403

6.6.1.4 体系运行404

6.6.1.5 建立一个测量体系，为评审做准备并确定准备就绪404

6.6.1.6 与注册机构签合同404

6.6.1.7 举行仪式405

6.7 总结405

6.8 参考文献406

6.9 附录：ISO9001的20个要素408

第Ⅱ部分 半导体封装411

第7章 芯片与封装的互连411

7.1 引言411

7.2 芯片级互连的发展412

7.3 倒装芯片焊料凸点连接415

7.3.1 C4的历史416

7.3.2 材料421

7.3.3 设计因素423

7.3.4 凸点制造工艺和设备424

7.3.4.1 金属模蒸发技术426

7.3.4.2 电镀凸点427

7.3.5 组装／返工429

7.3.5.1 自对准430

7.3.5.2 常规助焊剂的辅助焊接432

7.3.5.3 采用等离子体辅助干法焊接的无焊剂连接434

7.3.5.4 多芯片组装的返工437

7.3.6 C4的可靠性440

7.3.7 提高热失配封装可靠性的措施441

7.3.7.1 设计及几何形状442

7.3.7.2 焊料组分443

7.3.7.3 基板材料444

7.3.7.3.1 带下填料的直接芯片粘接（DCA）到PWB上446

7.3.7.4 其他可靠性问题446

7.3.7.5 α-粒子辐射448

7.3.7.6 倒装芯片的老炼和已知优质芯片448

7.3.7.7 C4的热耗散449

7.3.8 C4的未来发展趋势451

7.4 引线键合451

7.4.1 连接技术452

7.4.2 引线键合连接机理454

7.4.2.1 超声焊接454

7.4.2.2 热超声焊接457

7.4.2.3 热压焊接458

7.4.3 键合技术的历史458

7.4.4 引线键合应用460

7.4.5 材料464

7.4.5.1 键合引线464

7.4.5.2 含1％硅的铝丝465

7.4.5.3 铝-镁键合丝465

7.4.5.4 金丝465

7.4.5.5 金丝的代用材料467

7.4.5.6 芯片粘接材料467

7.4.5.6.1 焊料467

7.4.5.6.2 有机粘接剂467

7.4.5.6.3 玻璃粘接剂467

7.4.5.7 键合工具：毛细管劈刀和楔形劈刀467

7.4.6 工艺自动化468

7.4.7 工艺优选的判定指南468

7.4.7.1 引线类型468

7.4.7.2 球形键合指南469

7.4.7.3 楔形键合指南470

7.4.8 评价-优化工艺471

7.4.8.1 工程评价方法（目检）471

7.4.8.2 工程评价方法（机械试验）471

7.4.8.3 生产评价方法472

7.4.9 未来（2000年）的引线键合技术473

7.5 载带自动焊473

7.5.1 引言473

7.5.2 TAB载带475

7.5.2.1 单层载带478

7.5.2.2 双层载带478

7.5.2.3 三层载带478

7.5.2.4 带凸点的载带484

7.5.2.5 转移凸点的载带自动焊（TAB）485

7.5.2.6 双导体载带486

7.5.2.7 静电放电的防护488

7.5.3 圆片凸点的制作489

7.5.4 内引线键合491

7.5.4.1 热压焊491

7.5.4.2 组合键合工艺流程491

7.5.4.3 载带和芯片供给方法492

7.5.4.4 单点键合493

7.5.4.5 激光键合493

7.5.4.6 影响ILB的因素495

7.5.4.7 ILB评价496

7.5.5 外引线键合498

7.5.5.1 热条OLB498

7.5.5.2 各向异性导电膜501

7.5.5.3 ILB、OLB节距和引线数的发展趋势501

7.5.5.4 高I/O数和节距ILB和OLB的影响502

7.5.6 TAB封装的应用504

7.5.6.1 载带焊球阵列504

7.5.6.2 TapePak？505

7.5.6.3 Pentium？TCP506

7.5.6.4 ETA超级计算机507

7.5.7 发展趋势508

7.6 压力连接509

7.7 粘接法511

7.7.1 凸点和不导电树脂511

7.7.2 各向异性导电粘接剂511

7.8 互连的电参数512

7.9 连接密度513

7.10 总结513

7.11 参考文献515

第8章 陶瓷封装525

8.1 引言525

8.1.1 陶瓷封装的特性527

8.1.1.1 特性527

8.1.1.2 最高布线密度528

8.1.1.3 最好的可靠性和气密性529

8.1.2 陶瓷的缺点530

8.2 早期的陶瓷封装530

8.2.1 陶瓷固体逻辑工艺530

8.2.2 陶瓷双列直插封装530

8.2.3 先进的SLT532

8.2.4 单片系统技术533

8.2.5 厚膜（交叉）技术533

8.2.6 薄膜陶瓷封装534

8.2.7 早期的多层陶瓷535

8.2.8 陶瓷片式载体、扁平封装和混合电路封装536

8.3 氧化铝陶瓷封装541

8.4 氧化铝封装的现状及其应用542

8.4.1 陶瓷543

8.4.2 生瓷片545

8.4.3 粘接剂和浆料545

8.4.4 冲孔547

8.4.5 丝网印刷548

8.4.6 烧结550

8.4.7 电镀554

8.4.8 芯片焊接554

8.5 陶瓷封装的最新进展554

8.5.1 氮化铝555

8.5.1.1 AlN粉末和烧结556

8.5.1.2 低温烧结556

8.5.1.3 AlN特性556

8.5.1.4 AlN金属化557

8.5.1.5 AlN应用557

8.5.2 氧化铍560

8.5.3 莫来石561

8.6 低温陶瓷或玻璃＋陶瓷封装561

8.7 低温陶瓷封装的目前水平566

8.7.1 IBM的玻璃-陶瓷基板566

8.7.1.1 玻璃-陶瓷材料566

8.7.1.2 铜粉末和浆料制备工艺569

8.7.1.2.1 铜厚膜570

8.7.1.3 落料、叠片和层压工艺570

8.7.1.3.1 冲孔570

8.7.1.3.2 丝网印刷571

8.7.1.3.3 检验572

8.7.1.3.4 叠片和层压572

8.7.1.4 玻璃-陶瓷／铜烧结工艺572

8.7.1.4.1 粘结剂的排除和碳的氧化573

8.7.1.4.2 致密化573

8.7.1.4.3 尺寸控制574

8.7.1.5 基板加工和抛光工艺575

8.7.1.5.1 烧结后的外形加工576

8.7.1.5.2 平面精细加工576

8.7.1.5.3 密封封口环研磨加工576

8.7.1.5.4 抛光577

8.7.2 Fujitsu的玻璃-陶瓷基板577

8.7.2.1 玻璃-堇青石系统577

8.7.2.2 玻璃-氧化铝系统577

8.7.2.3 计算机主机用的玻璃-陶瓷579

8.7.3 NEC的铅硼硅酸盐-氧化铝玻璃＋陶瓷580

8.7.4 Panasonic的玻璃-陶瓷580

8.7.5 David Samoff公司的金属上的玻璃-陶瓷（LTCC-M）581

8.7.6 其他陶瓷封装582

8.8 陶瓷基板的芯片粘结和热耗散585

8.9 陶瓷封装的可靠性586

8.10 未来的陶瓷封装586

8.10.1 未来的低介电常数陶瓷材料586

8.10.1.1 硼硅酸盐玻璃＋氧化硅587

8.10.1.2 多孔陶瓷和玻璃591

8.10.2 大面积低成本加工工艺592

8.10.3 精细线条和通孔技术594

8.10.4 陶瓷焊球阵列封装和芯片尺寸封装594

8.10.5 含无源元件的集成陶瓷封装595

8.10.5.1 无线通信的需求597

8.10.5.2 集成陶瓷尺寸的要求597

8.10.5.3 无源元件集成的一些实例598

8.11 参考文献598

第9章 塑料封装604

9.1 引言604

9.1.1 通孔插装式安装器件606

9.1.2 表面安装器件606

9.1.3 塑料封装与陶瓷封装的比较607

9.1.3.1 尺寸及重量607

9.1.3.2 性能608

9.1.3.3 成本608

9.1.3.4 可靠性609

9.1.3.5 可用性611

9.1.4 总结611

9.2 模塑料及引线框架材料611

9.2.1 树脂612

9.2.1.1 填充剂及耦合剂613

9.2.1.2 固化剂与催化剂617

9.2.1.3 应力释放添加剂618

9.2.1.4 阻燃剂618

9.2.1.5 脱模剂618

9.2.1.6 离子吸附添加剂619

9.2.1.7 着色剂620

9.2.2 “低应力”模塑料620

9.2.3 模塑料配制过程621

9.2.4 引线框架的设计、材料及工艺622

9.2.4.1 材料624

9.2.4.2 强度625

9.2.4.3 热导率625

9.2.4.4 热膨胀625

9.2.4.5 机械设计625

9.2.4.6 引线框架的制造628

9.2.4.7 电镀630

9.3 模塑料的性能指标630

9.3.1 收缩应力631

9.3.2 热膨胀系数及玻璃化温度631

9.3.3 机械性能632

9.3.4 螺旋流动长度634

9.3.5 包封试验中的模塑料流变性635

9.3.6 模塑料的固化特性636

9.3.7 凝胶时间636

9.3.8 粘附性636

9.3.9 聚合率637

9.3.10 固化638

9.3.11 后固化638

9.3.12 潮气对环氧化合物硬化的影响638

9.3.13 热导率638

9.3.14 电特性638

9.3.15 化学特性639

9.3.16 可燃性和氧化系数639

9.3.17 潮气侵入640

9.4 传递模塑过程640

9.4.1 模塑设备640

9.4.2 传递模塑工艺641

9.4.3 传递模塑模拟645

9.5 包装和运输645

9.5.1 包装和运输中的注意事项646

9.5.1.1 潮气防护646

9.5.1.2 引线损伤和可焊性648

9.5.1.3 静电放电保护648

9.5.2 包装等级649

9.5.2.1 一级包装649

9.5.2.2 二级包装650

9.5.2.3 三级包装652

9.5.3 干燥包装的处理652

9.5.3.1 分类652

9.5.3.2 湿敏元件的板级返工653

9.5.4 环境考虑654

9.6 质量和可靠性654

9.6.1 失效机理分类655

9.6.2 失效分析655

9.6.2.1 芯片破裂655

9.6.2.2 管芯钝化层损伤656

9.6.2.3 管芯金属化腐蚀656

9.6.2.4 金属化变形657

9.6.2.5 键合金丝弯曲657

9.6.2.5.1 粘度658

9.6.2.5.2 高流速658

9.6.2.5.3 模腔内不平衡流动658

9.6.2.5.4 空洞转移658

9.6.2.5.5 后封装658

9.6.2.5.6 填充料碰撞658

9.6.2.6 金丝键合焊盘凹陷658

9.6.2.7 键合线损伤659

9.6.2.8 键合线断裂和脱落659

9.6.2.9 引线键合和焊盘腐蚀659

9.6.2.10 引线框架腐蚀660

9.6.2.11 引线框架的低粘附性及脱层660

9.6.2.12 包封料破裂660

9.6.2.13 包封材料疲劳裂缝660

9.6.2.14 封装爆裂（“爆米花”）661

9.6.2.15 电学过载和静电放电661

9.6.2.16 软误差661

9.6.2.17 焊接点疲劳662

9.6.3 潜在失效分类662

9.6.4 塑料封装和陶瓷封装失效模式比较663

9.7 塑料封装的发展趋势664

9.7.1 材料、设计和制造方面的趋势664

9.7.1.1 包封材料的发展趋势664

9.7.1.2 封装设计的发展趋势666

9.7.1.3 封装制造的发展趋势667

9.7.2 电路卡组装方面的挑战和发展趋势669

9.7.3 标准和要求669

9.8 塑封电路的传热670

9.9 芯片粘接670

9.10 参考文献672

第10章 电子封装中的聚合物材料678

10.1 前言678

10.2 发展历史678

10.3 电子封装和半导体制造技术对聚合物薄膜材料的性能要求680

10.3.1 兼容性和可靠性681

10.4 聚合物介质材料682

10.5 聚酰亚胺682

10.5.1 用于制备薄膜的聚酰胺酯684

10.5.1.1 背景684

10.5.1.2 M-PAETE的合成685

10.5.1.3 M-PAETE的溶液性质685

10.5.2 薄膜聚合物材料的表征技术686

10.5.2.1 力学性能686

10.5.2.2 拉伸性能687

10.5.2.3 工艺应力687

10.5.2.4 薄膜表面的粘结688

10.5.2.4.1 聚酰亚胺与聚酰亚胺的粘结688

10.5.2.4.2 聚酰亚胺与玻璃或陶瓷间的粘结689

10.5.2.4.3 聚酰亚胺与金属的粘结689

10.5.2.4.4 金属与聚酰亚胺的粘结689

10.5.2.5 动态应力试验689

10.5.2.6 动态热机械性质690

10.6 商品化的预亚胺化聚酰亚胺薄膜691

10.6.1 微电子基板材料的理想性能691

10.6.2 制造技术692

10.6.3 预亚胺化聚酰亚胺薄膜的来源、型号和化学组成693

10.6.3.1 Kapton？聚酰亚胺薄膜693

10.6.3.2 Apical？聚酰亚胺薄膜694

10.6.3.3 Upilex？聚酰亚胺薄膜694

10.6.3.4 商品化聚酰亚胺薄膜的性质694

10.7 非聚酰亚胺的耐高温聚合物介质材料698

10.7.1 苯并环丁烯（BCB）树脂698

10.7.1.1 BCB材料的电性能698

10.7.1.2 力学性能699

10.7.1.3 光学性质699

10.7.1.4 吸水率699

10.7.1.5 热稳定性和抗热氧化稳定性699

10.7.1.6 流平性700

10.7.1.7 粘附性701

10.7.1.8 薄膜的内应力701

10.7.1.9 金属离子的迁移701

10.7.1.10 Cyclotene 3000系列材料的工艺701

10.7.1.11 无源元件的内埋703

10.7.1.12 应用703

10.7.2 聚喹啉704

10.7.3 聚环状烯烃介质材料704

10.8 光敏性聚酰亚胺（PSPI）材料705

10.8.1 引言705

10.8.2 发展历史707

10.8.3 PSPI的薄膜工艺708

10.8.3.1 酯型PSPI的制图工艺708

10.8.3.2 光敏性聚酰亚胺和非光敏性聚酰亚胺的比较709

10.8.4 酯型PSPI710

10.8.4.1 化学和光敏助剂：聚合物前置体的制备710

10.8.4.2 酯型PSPI的其他制备方法711

10.8.4.3 工艺711

10.8.4.3.1 溶液的制备和性质711

10.8.4.3.2 光刻工艺712

10.8.4.3.3 PIMEL？的固化713

10.8.4.3.4 PIMEL？的性质714

10.8.4.3.5 功能化的PSPI716

10.8.4.3.6 低热膨胀PSPI716

10.8.4.3.7 i线酯型光敏性聚酰亚胺719

10.8.4.3.8 碱催化的光敏性聚酰亚胺719

10.9 离子型光敏性聚酰亚胺720

10.9.1 离子型光敏性聚酰亚胺的化学与光敏助剂720

10.9.2 “Photoneeee”的工艺（曝光、显影和固化）723

10.9.3 光刻性质及特征724

10.10 预亚胺化的光敏性聚酰亚胺727

10.10.1 化学表征727

10.10.2 特性728

10.10.3 光交联原理729

10.11 正性光敏性聚酰亚胺731

10.11.1 正性光敏性聚酰亚胺的制备732

10.11.2 正性光敏性聚酰亚胺的性质732

10.11.3 正性光敏性聚酰亚胺的展望732

10.12 光敏性聚苯并环丁烯（BCB）733

10.12.1 光敏BCB的物理和化学性质733

10.12.2 光敏BCB的电性能和机械性能733

10.12.3 光敏BCB的工艺过程734

10.12.3.1 表面制备735

10.12.3.2 涂覆735

10.12.3.3 预固化736

10.12.3.4 曝光736

10.12.3.5 溶液刻蚀737

10.12.3.6 返工742

10.12.3.7 固化742

10.12.3.8 清除残余物742

10.12.3.9 基板切割742

10.12.3.10 光敏BCB的应用742

10.13 光敏性环氧树脂743

10.13.1 光敏性异氰酸酯和环氧树脂743

10.13.2 本征光敏性环氧树脂744

10.14 光敏性聚酰亚胺在微电子制造技术中的应用744

10.14.1 芯片保护层745

10.14.1.1 抗α-粒子保护层745

10.14.1.2 吸收应力的缓冲涂层745

10.14.1.3 薄膜互连745

10.14.2 封装层间绝缘材料的应用746

10.14.2.1 高密度多芯片模块中的层间绝缘材料746

10.14.2.2 酯型光敏性聚酰亚胺的应用746

10.14.2.3 离子型光敏性聚酰亚胺的应用746

10.14.2.4 非收缩性的完全亚胺化光敏性聚酰亚胺747

10.14.2.5 光波导747

10.14.2.6 其他应用749

10.15 光敏性聚酰亚胺的研究开发现状和前景749

10.15.1 超薄光敏性聚酰亚胺（LB膜）749

10.16 总结和展望749

10.17 参考文献750

第11章 薄膜封装759

11.1 前言759

11.1.1 薄膜封装的布线763

11.1.2 薄膜模块的I/O端子765

11.1.3 电源与散热766

11.2 电学性能767

11.3 薄膜封装与厚膜封装的比较769

11.3.1 薄膜封装和厚膜封装的尺寸771

11.3.2 薄膜封装和厚膜封装的成本772

11.3.3 单层薄膜封装773

11.3.4 多层薄膜结构的类型775

11.3.4.1 平面叠积柱775

11.3.4.2 非平面的交错孔776

11.3.4.3 电学方面的综合考虑778

11.4 薄膜材料和工艺780

11.4.1 薄膜基板781

11.4.2 介质材料782

11.4.2.1 有机材料及其性质782

11.4.2.2 无机材料及其性质785

11.4.3 薄膜工艺788

11.4.3.1 聚合物工艺790

11.4.3.1.1 聚合物薄膜的淀积790

11.4.3.1.2 通孔的形成方法794

11.4.3.2 金属化工艺804

11.4.3.2.1 布线层的金属化806

11.4.3.2.2 通孔金属化808

11.4.3.2.3 端子金属及其工艺809

11.4.3.3 平整化811

11.4.3.4 薄膜工艺相对成本的比较813

11.5 成品率／成本的考虑817

11.5.1 薄膜封装的修复817

11.5.2 修复技术的调节作用818

11.5.3 修复方法818

11.5.3.1 缺陷的检测和修复819

11.5.3.2 短路的修复819

11.5.3.3 开路的修复821

11.5.4 其他修复方法825

11.5.4.1 冗余结构825

11.5.4.2 再布线825

11.5.5 性能和可靠性825

11.6 可靠性826

11.7 薄膜封装的商业应用826

11.7.1 IBM826

11.7.1.1 薄膜封装的进展827

11.7.1.2 多层薄膜的实施828

11.7.1.3 单层和多层单芯片封装828

11.7.1.4 主计算机用的薄膜结构和工艺829

11.7.1.4.1 硅基板上的铝-聚酰亚胺多层薄膜830

11.7.1.4.2 叠积柱状的铜-聚酰亚胺832

11.7.1.4.3 共形通孔铜-聚酰亚胺832

11.7.2 Siemens：主机用精密布线的薄膜技术834

11.7.2.1 精密布线技术834

11.7.2.2 多层薄膜工艺的制作顺序834

11.7.2.2.1 增强型基板835

11.7.2.2.2 信号层、电源层和再分布层836

11.7.2.2.3 芯片安装层837

11.7.3 Hitachi：主计算机用的薄膜封装837

11.7.4 nCHIP：在Si基板上采用Al/SiO2封装840

11.7.4.1 SiO2介质层840

11.7.4.1.1 热导率840

11.7.4.1.2 工艺成本841

11.7.4.1.3 化学惰性与气密性842

11.7.4.1.4 机械性能842

11.7.4.1.5 一致性和控制843

11.7.4.1.6 SiO2的坚固性843

11.7.4.2 主要的电学和热学特性844

11.7.4.3 nC1000SICB的图形尺寸844

11.7.4.4 MC封装组件844

11.7.5 Digital:VAX 9000多芯片封装845

11.7.5.1 HDSC设计与工艺845

11.7.5.1.1 HDSC的设计845

11.7.5.1.2 HDSC的夹心工艺846

11.7.5.1.3 HDSC组装工艺847

11.7.5.2 高性能计算机封装的发展847

11.7.5.3 高性能封装技术的发展850

11.7.5.3.1 MCU-A850

11.7.5.3.2 MCU-B850

11.7.5.3.3 MCU-C850

11.7.5.4 技术总结851

11.7.6 NEC：适于主机和超级计算机的薄膜封装852

11.7.6.1 适于高性能系统的聚酰亚胺-陶瓷基板852

11.7.6.2 GaAs封装用的圆片规模基板852

11.7.7 微型模块系统：和IC工艺相兼容的薄膜封装854

11.7.8 其他商用方法854

11.8 薄膜封装中涌现出的商业技术855

11.8.1 IBM的表面层压电路856

11.8.2 Sheldahl的滚压工艺856

11.8.3 GE公司的共形多芯片柔性膜858

11.8.4 DYCOstrate薄膜技术860

11.8.5 IBM的刚柔结合薄膜封装860

11.8.6 IBM的薄膜转移技术862

11.9 薄膜封装中的集成无源元件863

11.9.1 当前无源集成的发展和应用864

11.9.1.1 电阻器865

11.9.1.2 电容器865

11.9.1.3 电感器867

11.9.2 薄膜封装中集成无源元件的未来发展方向867

11.10 薄膜材料和工艺的未来发展方向868

11.10.1 聚合物材料871

11.10.2 大面积聚合物淀积873

11.10.3 通孔的形成874

11.10.3.1 激光剥离874

11.10.3.2 光敏聚合物875

11.10.4 平整化875

11.10.5 化学镀铜工艺875

11.11 致谢877

11.12 参考文献877

第12章 封装的电测试886

12.1 引言886

12.2 基板测试887

12.3 基板测试方法890

12.3.1 电容测试890

12.3.1.1 测试程序892

12.3.1.2 局限性894

12.3.2 电阻和连续性测试894

12.3.3 电子束测试895

12.3.3.1 测试程序895

12.3.3.2 局限性897

12.3.4 电子模块测试898

12.3.4.1 测试程序899

12.3.4.2 局限性900

12.4 测试方法比较900

12.5 接触和探针901

12.6 开路和短路测试程序906

12.7 基板测试的未来课题和挑战912

12.8 功能测试913

12.8.1 边界扫描测试913

12.8.2 内建自测试915

12.8.3 MCM的功能测试916

12.8.4 结构型可测性方法917

12.8.5 组装MCM的测试和诊断程序917

12.8.5.1 完整性和一致性检查917

12.8.5.2 基板测试918

12.8.5.3 功能迅速测试918

12.8.5.4 性能测试918

12.8.5.5 参数测试919

12.9 功能测试方面今后的课题和挑战919

12.10 最近和将来的发展919

12.10.1 基板测试919

12.10.2 功能测试921

12.11 参考文献921

第13章 封装的密封和包封926

13.1 引言926

13.2 气密与非气密封装928

13.2.1 气密封装928

13.2.2 非气密封装928

13.3 集成电路的失效机理930

13.3.1 潮气的来源932

13.4 封装的密封及包封934

13.4.1 封装的密封及包封对材料的要求934

13.5 气密封装的类型936

13.5.1 金属封装936

13.5.2 陶瓷封装936

13.5.2.1 陶瓷双列直插封装937

13.5.2.2 硬玻璃封装938

13.5.2.3 其他陶瓷封装939

13.6 密封的类型940

13.6.1 熔融金属密封940

13.6.1.1 锡焊940

13.6.1.2 钎焊工艺941

13.6.1.3 熔焊工艺942

13.6.1.4 玻璃密封944

13.6.1.5 玻璃密封法946

13.6.2 垫片密封948

13.7 气密封装试验949

13.7.1 检漏949

13.7.1.1 粗检漏950

13.7.1.2 细检漏950

13.7.2 水气的测量及监控950

13.8 可靠性试验953

13.8.1 85℃/85％rh与HAST的关系953

13.9 密封及包封的最新进展956

13.10 将来的发展959

13.11 参考文献959

第Ⅲ部分 子系统封装965

第14章 封装与电路板的互连965

14.1 引言965

14.2 表面安装组件967

14.2.1 SMT技术967

14.2.2 热位移和疲劳特性968

14.2.3 SMT焊点976

14.3 焊料和焊料连接980

14.3.1 焊料微观结构、变形和失效980

14.4 窄节距技术985

14.4.1 窄节距引脚器件985

14.4.1.1 引线材料和引线涂层987

14.4.1.2 引线共面性987

14.4.1.3 引线尺寸987

14.4.1.4 引线可焊性987

14.4.1.5 支座高度988

14.4.1.6 模压材料988

14.4.1.7 FP器件的处理988

14.5 焊膏及其涂覆989

14.5.1 焊膏989

14.5.1.1 表观检验989

14.5.1.2 粘度989

14.5.1.3 金属的百分比重量990

14.5.1.4 坍塌试验990

14.5.1.5 粘性试验990

14.5.2 焊膏淀积（印刷）990

14.5.2.1 丝网印刷或非接触印刷990

14.5.2.2 模版印刷或接触印刷990

14.5.2.3 杆式印刷991

14.5.2.4 印刷机的要求991

14.5.2.5 印刷工艺特点992

14.5.3 组装、贴放、再流、返工和清洗992

14.5.3.1 贴放992

14.5.3.2 组装994

14.5.3.3 再流996

14.5.3.4 返工997

14.5.3.5 清洗998

14.6 窄节距的可靠性999

14.6.1 电性能可靠性1000

14.6.2 机械可靠性或焊点可靠性1001

14.6.3 化学或潮湿引起的可靠性1002

14.6.4 窄节距技术小结1004

14.7 表面安装阵列1004

14.7.1 焊球阵列连接和焊柱阵列1004

14.7.1.1 陶瓷焊球阵列封装和陶瓷焊柱阵列封装1005

14.7.1.1.1 CBGA/CCGA模块的组装1007

14.7.1.1.2 芯片互连1007

14.7.1.1.3 封装件的密封1008

14.7.1.1.4 组件级老炼1008

14.7.1.1.5 焊球和焊柱的装连1008

14.7.1.1.6 CBGA和CCGA封装的电特性1010

14.7.1.1.7 CBGA和CCGA封装的热特性1011

14.7.1.1.8 CBGA-CCGA互连的可靠性1012

14.7.1.2 载带焊球阵列封装1015

14.7.1.3 塑料焊球阵列封装1016

14.7.1.4 金属焊球阵列封装1018

14.7.2 表面安装阵列对插板设计的影响1019

14.7.3 BGA对第二级组装的影响1019

14.7.4 表面安装阵列小结1023

14.8 无铅焊料1023

14.8.1 电子组装工序中的铅1024

14.8.1.1 焊料及其性能1024

14.8.1.2 无铅合金的生产过程1025

14.8.1.3 大量生产考虑1025

14.8.2 可利用的无铅焊料合金1026

14.8.2.1 共晶Sn-Bi焊料1027

14.8.2.2 含Ag和Bi的Sn-Zn焊料1027

14.8.3 无铅焊料小结1027

14.9 导电粘接剂1028

14.9.1 各向同性导电粘接剂1028

14.9.2 各向异性导电粘接剂1031

14.9.3 本征导电聚合物1034

14.9.4 导电粘接剂结论1034

14.10 未来的发展1034

14.11 参考文献1034

第15章 印制线路板封装1044

15.1 引言1044

15.2 印制电路的结构与工艺1048

15.2.1 基本的印制电路工艺1048

15.2.2 插卡与面板1051

15.2.3 电路板1053

15.2.4 插卡与电路板的技术发展趋势1054

15.2.5 芯片直接粘接的PCB载体1056

15.2.6 PCB叠层板上的薄膜技术1057

15.2.7 柔性电路1059

15.2.8 模压电路板1061

15.2.9 多引线互连1065

15.3 互连技术需要考虑的问题1066

15.3.1 一级封装接口1066

15.3.2 信号结构1067

15.3.3 电设计问题1067

15.3.4 信号线的特性阻抗1068

15.3.5 三根信号线中的匹配负载阻抗1069

15.3.6 三根平行信号线的耦合噪声1070

15.3.7 信号线的串联电阻1071

15.3.8 镀涂通孔结构1071

15.3.9 表面安装技术的设计因素1073

15.3.10 内部镀涂通孔（可编程的通孔）1074

15.3.11 DC电源1074

15.3.12 电源去耦1074

15.4 材料和工艺1074

15.4.1 绝缘用的材料和工艺1074

15.4.1.1 环氧-玻璃1074

15.4.1.2 聚酰亚胺-玻璃电路板1077

15.4.1.3 氰酸酯-玻璃电路板1077

15.4.1.4 玻璃布1077

15.4.1.5 玻璃丝1078

15.4.1.6 玻璃织物1078

15.4.1.7 耦联剂1079

15.4.2 带状叠层板1080

15.4.2.1 铜箔1080

15.4.2.2 粘接剂1081

15.4.3 浸渍和叠层的工艺技术1082

15.4.3.1 树脂制造1082

15.4.3.2 浸渍1082

15.4.3.3 叠层1082

15.4.4 制作多层板的新材料和工艺1083

15.4.5 形成电路的材料与工艺1084

15.4.5.1 光刻法1084

15.4.5.2 液体光刻胶1084

15.4.5.3 干膜光刻胶1084

15.4.5.4 工艺顺序1089

15.4.5.5 机械钻孔1089

15.4.5.6 激光打孔1092

15.4.5.7 光学制通孔1093

15.4.5.8 铜的淀积1094

15.5 可靠性与控制1095

15.6 印制电路板的最新发展1096

15.7 印制电路板的未来发展趋势1100

15.8 致谢1101

15.9 参考文献1101

第16章 被覆金属封装1110

16.1 引言1110

16.2 一般性原理1111

16.2.1 作为构件和热沉的被覆金属基板1111

16.2.2 涂覆金属芯的接地板和屏蔽1112

16.2.3 引线交叉结构与通孔1112

16.2.4 可靠性因素1112

16.3 金属与绝缘基板1115

16.3.1 整体大面积工艺1115

16.3.2 金属和其他基板1115

16.3.3 碳素钢1116

16.3.4 铝1117

16.3.5 铜-殷钢-铜复合层1120

16.3.6 不锈钢1122

16.3.7 铜-钼-铜1122

16.3.8 石墨芯复合层1124

16.3.9 可伐合金及其他1124

16.3.10 Cuvar和Silvar1125

16.4 绝缘体1125

16.4.1 瓷釉1125

16.4.2 环氧树脂和聚酰亚胺1126

16.5 金属化工艺1128

16.5.1 多层LTCC-M的金属化1128

16.5.2 全加法镀工艺1128

16.5.3 光选择性铜还原工艺1128

16.5.4 光电全加法镀工艺1128

16.5.5 减法工艺1129

16.6 基板制作和装配工艺1129

16.6.1 被覆金属基板的焊接1129

16.6.2 膜的粘接1130

16.6.2.1 膜与基板的粘接1130

16.6.2.2 瓷釉和玻璃-陶瓷涂覆1130

16.6.2.3 厚膜与基板的粘接1130

16.6.2.4 掩蔽膜与基板的粘接1131

16.6.3 保护膜1131

16.6.4 涂覆保护膜之前基板的准备工作1131

16.7 各种涂覆的特性1132

16.7.1 电性能1132

16.7.2 热性能1133

16.7.3 增强载流能力1135

16.7.4 阻燃性1136

16.8 设计规则1136

16.9 新的机遇1136

16.10 致谢1138

16.11 参考文献1138

第17章 连接器和电缆封装1141

17.1 引言1141

17.2 连接器的种类1142

17.2.1 芯片与元器件的互连1145

17.2.2 元器件与印制电路板的互连1145

17.2.3 印制电路板间的互连1146

17.2.4 两个部件间的互连1146

17.2.5 实际分离系统间的互连1147

17.2.6 测试及老炼用连接器的互连1147

17.3 连接器的要求1149

17.3.1 概述1150

17.3.2 电气特性1151

17.3.2.1 电阻1151

17.3.2.2 法向力1152

17.3.2.3 电流强度1152

17.3.2.4 绝缘电阻1152

17.3.2.5 接触程序（热插）1152

17.3.2.6 噪声1154

17.3.2.7 延迟1154

17.3.2.8 连接数目1154

17.3.2.9 电气长度1155

17.3.2.10 上升时间和带宽1155

17.3.2.11 特性阻抗1155

17.3.2.12 反射1156

17.3.2.12.1 电压驻波比1156

17.3.2.12.2 不连续性1156

17.3.2.13 串扰1156

17.3.2.14 传输延迟1157

17.3.2.15 电磁建模1157

17.3.3 材料特性1158

17.3.3.1 界面金相1158

17.3.3.2 接触导电性1158

17.3.3.3 整体导体／簧片1158

17.3.3.4 接触-界面材料1158

17.3.3.5 润滑剂1161

17.3.3.6 其他材料1161

17.3.4 机械性能1162

17.3.4.1 插拔力1162

17.3.4.2 密度1162

17.3.4.3 配接（拓扑结构）1163

17.3.4.4 对准1165

17.3.4.5 驱动1166

17.3.4.6 触点的几何特征1167

17.3.4.7 保持力1168

17.3.4.8 擦拭接触1168

17.3.4.9 模块化1169

17.4 MCM二级互连的方法1169

17.4.1 焊接1170

17.4.2 板上芯片1170

17.4.3 可拆卸式连接1171

17.4.4 采用插座插装方法的成本1171

17.4.5 MCM用的插座1172

17.4.6 四边引出插座与面阵插座比较1172

17.4.7 无引线MCM基板用的插座1172

17.4.7.1 四边引出和面阵列MCM用的插口和接触插座1172

17.4.7.2 四边引出和面阵列MCM用的微插口触点插座1173

17.4.7.3 面阵列MCM用的AMPFLAT触点插座1174

17.4.7.4 四边引出MCM用的SIMM插座1176

17.4.7.5 四边引出MCM用的LMMC插座1176

17.4.8 四边引出MCM用的四边引线扁平封装（QFP）插座1177

17.4.9 插脚面阵列MCM用的PGA插座1177

17.4.10 窄节距连接器1179

17.4.11 结论与建议1180

17.5 光纤连接器1180

17.6 连接器可靠性1181

17.6.1 概述1181

17.6.2 接触可靠性：力和摩擦接触1181

17.7 连接器标准机构1182

17.7.1 IEEE计算机协会封装委员会1182

17.7.2 电子工业协会（EIA）1182

17.7.2.1 EIA JEDEC.11委员会（JC 11）1182

17.7.2.2 EIA有关插座的委员会（CE-3.0）1183

17.7.3 电子电路互连和封装协会（IPC）1183

17.8 电缆1183

17.8.1 引言1183

17.8.2 电缆分类1184

17.8.2.1 连接器明线1184

17.8.2.2 闭合线1186

17.9 电缆信号理论1187

17.9.1 基本电缆参数1189

17.9.1.1 特性阻抗1189

17.9.1.2 反射系数1191

17.9.1.3 电缆传输速度1192

17.9.1.4 电缆用的介质材料1194

17.9.1.5 衰减1194

17.9.1.6 信号线的直流（DC）电阻1197

17.9.1.7 耦合噪声1197

17.9.1.8 横电磁波（TEM）模的截止频率1197

17.9.1.9 电磁兼容、电磁干扰1197

17.9.2 高端和低端应用；短线和长线的概念1199

17.10 未来的连接器和电缆1202

17.10.1 未来的连接器1202

17.10.1.1 驱动力1202

17.10.1.2 片式载体连接器1203

17.10.1.3 电路插板连接器1203

17.10.1.4 信号和电源连接器1204

17.10.2 未来的电缆1205

17.10.2.1 高精度、高速度电缆1205

17.10.2.2 低噪声差分电缆1205

17.10.2.3 红外线（IR）无线电传送1205

17.10.2.4 光缆1205

17.10.2.5 印制电路板电缆代替物1205

17.10 参考文献1206

第18章 光电子器件与电子器件的封装1209

18.1 引言1209

18.2 光电子器件和互连介质1215

18.2.1 光电子器件1215

18.2.1.1 发射器1216

18.2.1.2 探测器1217

18.2.1.3 调制器和放大器1219

18.2.2 光互连媒介1220

18.2.2.1 自由空间传输1220

18.2.2.2 光纤1221

18.2.2.3 光波导1222

18.2.2.4 光信号路由元件1223

18.2.2.5 光互连系统1224

18.3 电子电路与光电子电路的集成一体化技术1225

18.3.1 单片光电集成技术1226

18.3.1.1 光电接收器1226

18.3.1.2 光电发射器1227

18.3.2 混合集成技术1228

18.3.2.1 凸点键合OEIC1228

18.3.2.2 薄膜键合OEIC1228

18.4 光电子器件与电子电路集成的系统应用1233

18.4.1 三维光电互连1233

18.4.2 两层智能相机1235

18.5 参考文献1236

术语及符号注释1239