電子封裝技術與可靠性

前言

　　21世紀是電子信息的世紀，在信息時代，信息技術的水平和發(fā)展是建立在電子元器件的水平和發(fā)展之上的。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，無論是工程裝備系統(tǒng)、系統(tǒng)設備，還是個人用電子產(chǎn)品，其性能越來越先進，結構越來越復雜，使用環(huán)境要求也越來越嚴格，因此對電子產(chǎn)品的質量和可靠性的要求越來越高，從而對每個產(chǎn)品中使用繁多的電子元器件的可靠性提出了更高的要求?！　】煽啃园ǖ姆秶軓V，通常貫穿于研發(fā)、設計、制造、包裝、儲存、運輸和使用維修等各個環(huán)節(jié)，與產(chǎn)品的結構、材料加工工藝、使用環(huán)境等條件密切相關，是一個與多種因素有關的綜合性質量和穩(wěn)定性指標。這里我們重點講述電子元器件封裝技術的可靠性問題。電子封裝測試技術貫穿電子元器件制造和封裝應用的全過程。電子封裝通常的作用是電信號分配、散熱通道、機械支撐和環(huán)境保護?！　榱诉m應我國電子封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，滿足廣大電子封裝工作者對電子封裝可靠性方面書籍的迫切需求，中國電子學會電子制造與封裝技術分會成立了《電子封裝技術叢書》編輯委員會?！　〗鼛啄陙?，叢書編委會已先后組織編寫、翻譯出版了《集成電路封裝試驗手冊》(1998年電子工業(yè)出版社出版)、《微電子封裝手冊》(2001年電子工業(yè)出版社出版)、《微電子封裝技術》(2003年中國科學技術大學出版社出版)、《電子封裝材料與工藝》(2006年化學工業(yè)出版社出版)、《MEMS／MOEMS封裝技術》(2008年化學工業(yè)出版社出版)、《電子封裝工藝設備》(2012年化學工業(yè)出版社出版)六本書籍。《電子封裝技術與可靠性》一書是這一系列的第八本，該書出版后，正在編篡中的系列叢書之五《光電子封裝技術》、之九《系統(tǒng)級封裝》將會陸續(xù)出版，以饗讀者?！　　峨娮臃庋b技術與可靠性》譯自美國Haleh Ardebili和Michael G?Pecht著《Encapsulation Technologies for Electronic Applications》。該書的內容涉及電子封裝技術與可靠性相關領域，如：包括晶圓級和3D封裝在內的各種類型的塑封器件，綠色封裝材料、封裝工藝、封裝材料的性能表征，封裝缺陷和失效及分析技術，封裝器件質量鑒定與保證以及“后摩爾”定律時代微納電子、生物電子及傳感器、有機發(fā)光二極管、光伏器件等相關的塑封技術?！　≡摃鴮氖码娮臃庋b及相關行業(yè)的科研、生產(chǎn)、應用工作者都會有較高的使用價值。對高等院校相關師生也具有一定的參考價值。中國電子學會電子制造與封裝技術分會電子封裝技術叢書編輯委員會及時組織翻譯并委托化學工業(yè)出版社出版此書的中文譯本?！　∥蚁嘈疟緯凶g本的出版發(fā)行將對我國電子封裝業(yè)及其電子可靠性行業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。我也在此向參與本書譯校的所有人員和支持本書出版的有關單位及出版社工作人員表示由衷的感謝?！　≈袊娮訉W會副總監(jiān)　　中國電子學會電子制造與封裝技術分會理事長　　中國半導體行業(yè)協(xié)會副理事長　　中國半導體行業(yè)協(xié)會封裝分會理事長

內容概要

　　本書是專注于電子封裝技術可靠性研究的Houston大學的Haleh
Ardebili教授以及Maryland大學的Michael
G?Pecht教授關于微電子封裝技術及其可靠性最新進展的著作。作者在描述塑封技術基本原理，討論封裝材料及技術發(fā)展的基礎上，著重介紹了封裝缺陷和失效、失效分析技術以及微電子封裝質量鑒定及保證等與封裝可靠性相關的內容。
　　本書共分為8章。第1章介紹電子封裝及封裝技術的概況。第2章著力介紹塑封材料，并根據(jù)封裝技術對其進行了分類。第3章主要關注封裝工藝技術。第4章討論封裝材料的性能表征。第5章描述封裝缺陷及失效。第6章介紹缺陷及失效分析技術。第7章主要關注封裝微電子器件的質量鑒定及保證。第8章探究電子學、封裝及塑封技術的發(fā)展趨勢以及所面臨的挑戰(zhàn)。
　　本書不僅涉及微電子封裝材料和工藝，而且涉及封裝缺陷分析技術以及質量保證技術；不僅有原理闡述，而且有案例分析。本書是電子封裝制造從業(yè)者一本重要的參考讀物，可在封裝技術選擇、與封裝相關的缺陷及失效分析以及質量保證及鑒定技術的應用等方面提供重要的技術指導。本書十分適合于對電子封裝及塑封技術感興趣的專業(yè)工程師及材料科學家，電子行業(yè)內的企業(yè)管理者也能從本書中獲益。另外本書還可作為具有材料學或電子學專業(yè)背景的高年級本科生及研究生的選用教材。

書籍目錄

第1章　電子封裝技術概述
1.1歷史概況
1.2電子封裝
1.3微電子封裝
1.3.12D封裝
1.3.23D封裝
1.4氣密性封裝
1.4.1金屬封裝
1.4.2陶瓷封裝
1.5封裝料
1.5.1塑封料
1.5.2其它塑封方法
1.6塑封與氣密性封裝的比較
1.6.1尺寸及重量
1.6.2性能
1.6.3成本
1.6.4氣密性
1.6.5可靠性
1.6.6可用性
1.7總結
參考文獻
第2章　塑封材料
2.1化學性質概述
2.1.1環(huán)氧樹脂
2.1.2硅樹脂
2.1.3聚氨酯
2.1.4酚醛樹脂
2.2模塑料
2.2.1樹脂
2.2.2固化劑或硬化劑
2.2.3促進劑
2.2.4填充劑
2.2.5偶聯(lián)劑
2.2.6應力釋放劑
2.2.7阻燃劑
2.2.8脫模劑
2.2.9離子捕獲劑
2.2.10著色劑
2.2.11封裝材料生產(chǎn)商和市場條件
2.2.12商業(yè)用模塑料特性
2.2.13新材料的發(fā)展
2.3頂部包封料
2.4灌封料
2.4.1Dow Corning材料
2.4.2GE電子材料
2.5底部填充料
2.6印制封裝料
2.7環(huán)境友好型或“綠色”封裝料
2.7.1有毒的阻燃劑
2.7.2綠色封裝材料的發(fā)展
2.8總結
參考文獻
第3章　封裝工藝技術
3.1模塑技術
3.1.1傳遞模塑工藝
3.1.2注射模塑工藝
3.1.3反應?注射模塑工藝
3.1.4壓縮模塑
3.1.5模塑工藝比較
3.2頂部包封工藝
3.3灌封工藝
3.3.1單組分灌封膠
3.3.2雙組分灌封膠
3.4底部填充技術
3.4.1傳統(tǒng)的流動型底部填充
3.4.2非流動型填充
3.5印刷封裝技術
3.62D晶圓級封裝
3.73D封裝
3.8清洗和表面處理
3.8.1等離子清洗
3.8.2去毛邊
3.9總結
參考文獻
第4章　封裝性能的表征
4.1工藝性能
4.1.1螺旋流動長度
4.1.2凝膠時間
4.1.3流淌和溢料
4.1.4流變性兼容性
4.1.5聚合速率
4.1.6固化時間和溫度
4.1.7熱硬化
4.1.8后固化時間和溫度
4.2濕?熱機械性能
4.2.1線膨脹系數(shù)和玻璃化轉變溫度
4.2.2熱導率
4.2.3彎曲強度和模量
4.2.4拉伸強度、彈性與剪切模量及伸長率
4.2.5黏附強度
4.2.6潮氣含量和擴散系數(shù)
4.2.7吸濕膨脹系數(shù)
4.2.8氣體滲透性
4.2.9放氣
4.3電學性能
4.4化學性能
4.4.1離子雜質（污染等級）
4.4.2離子擴散系數(shù)
4.4.3易燃性和氧指數(shù)
4.5總結
參考文獻
第5章　封裝缺陷和失效
5.1封裝缺陷和失效概述
5.1.1封裝缺陷
5.1.2封裝失效
5.1.3失效機理分類
5.1.4影響因素
5.2封裝缺陷
5.2.1引線變形
5.2.2底座偏移
5.2.3翹曲
5.2.4芯片破裂
5.2.5分層
5.2.6空洞
5.2.7不均勻封裝
5.2.8毛邊
5.2.9外來顆粒
5.2.10不完全固化
5.3封裝失效
5.3.1分層
5.3.2氣相誘導裂縫(爆米花現(xiàn)象)
5.3.3脆性斷裂
5.3.4韌性斷裂
5.3.5疲勞斷裂
5.4加速失效的影響因素
5.4.1潮氣
5.4.2溫度
5.4.3污染物和溶劑性環(huán)境
5.4.4殘余應力
5.4.5自然環(huán)境應力
5.4.6制造和組裝載荷
5.4.7綜合載荷應力條件
5.5總結
參考文獻
第6章　微電子器件封裝的缺陷及失效分析技術
6.1常見的缺陷和失效分析程序
6.1.1電學測試
6.1.2非破壞性評價
6.1.3破壞性評價
6.2光學顯微技術
6.3掃描聲學顯微技術（SAM）
6.3.1成像模式
6.3.2C?模式掃描聲學顯微鏡（C?SAM）
6.3.3掃描激光聲學顯微鏡（SLAMTM）
6.3.4案例研究
6.4X射線顯微技術
6.4.1X射線的產(chǎn)生和吸收
6.4.2X射線接觸顯微鏡
6.4.3X射線投影顯微鏡
6.4.4高分辨率掃描X射線衍射顯微鏡
6.4.5案例分析：塑封器件封裝
6.5X射線熒光光譜顯微技術
6.6電子顯微技術
6.6.1電子?樣品相互作用
6.6.2掃描電子顯微技術（SEM）
6.6.3環(huán)境掃描電子顯微技術（ESEM）
6.6.4透射電子顯微技術（TEM）
6.7原子力顯微技術
6.8紅外顯微技術
6.9失效分析技術的選擇
6.10總結
參考文獻
第7章　鑒定和質量保證
7.1鑒定和可靠性評估的簡要歷程
7.2鑒定流程概述
7.3虛擬鑒定
7.3.1壽命周期載荷
7.3.2產(chǎn)品特征
7.3.3應用要求
7.3.4利用PoF方法進行可靠性預計
7.3.5失效模式、機理及其影響分析（FMMEA）
7.4產(chǎn)品鑒定
7.4.1強度極限和高加速壽命試驗（HALT）
7.4.2鑒定要求
7.4.3鑒定試驗計劃
7.4.4模型和驗證
7.4.5加速試驗
7.4.6可靠性評估
7.5鑒定加速試驗
7.5.1穩(wěn)態(tài)溫度試驗
7.5.2溫度循環(huán)試驗
7.5.3濕度相關的試驗
7.5.4耐溶劑試驗
7.5.5鹽霧試驗
7.5.6可燃性和氧指數(shù)試驗
7.5.7可焊性試驗
7.5.8輻射加固
7.6工業(yè)應用
7.7質量保證
7.7.1篩選概述
7.7.2應力篩選和老化
7.7.3篩選
7.7.4根本原因分析
7.7.5篩選的經(jīng)濟性
7.7.6統(tǒng)計過程控制
7.8總結
參考文獻
第8章　趨勢和挑戰(zhàn)
8.1微電子器件結構和封裝
8.2極高溫和極低溫電子學
8.2.1高溫
8.2.2低溫
8.3新興技術
8.3.1微機電系統(tǒng)
8.3.2生物電子器件、生物傳感器和生物MEMS
8.3.3納米技術和納米電子器件
8.3.4有機發(fā)光二極管、光伏和光電子器件
8.4總結
參考文獻
術語表
計量單位換算表

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