電子封裝技術(shù)與可靠性

前言

　　21世紀(jì)是電子信息的世紀(jì)，在信息時(shí)代，信息技術(shù)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(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)論是工程裝備系統(tǒng)、系統(tǒng)設(shè)備，還是個(gè)人用電子產(chǎn)品，其性能越來(lái)越先進(jìn)，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，使用環(huán)境要求也越來(lái)越嚴(yán)格，因此對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性的要求越來(lái)越高，從而對(duì)每個(gè)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(shè)計(jì)、制造、包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用維修等各個(gè)環(huán)節(jié)，與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、材料加工工藝、使用環(huán)境等條件密切相關(guān)，是一個(gè)與多種因素有關(guān)的綜合性質(zhì)量和穩(wěn)定性指標(biāo)。這里我們重點(diǎn)講述電子元器件封裝技術(shù)的可靠性問(wèn)題。電子封裝測(cè)試技術(shù)貫穿電子元器件制造和封裝應(yīng)用的全過(guò)程。電子封裝通常的作用是電信號(hào)分配、散熱通道、機(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)?！　榱诉m應(yīng)我國(guó)電子封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，滿足廣大電子封裝工作者對(duì)電子封裝可靠性方面書(shū)籍的迫切需求，中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子制造與封裝技術(shù)分會(huì)成立了《電子封裝技術(shù)叢書(shū)》編輯委員會(huì)?！　〗鼛啄陙?lái)，叢書(shū)編委會(huì)已先后組織編寫(xiě)、翻譯出版了《集成電路封裝試驗(yàn)手冊(cè)》(1998年電子工業(yè)出版社出版)、《微電子封裝手冊(cè)》(2001年電子工業(yè)出版社出版)、《微電子封裝技術(shù)》(2003年中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版)、《電子封裝材料與工藝》(2006年化學(xué)工業(yè)出版社出版)、《MEMS／MOEMS封裝技術(shù)》(2008年化學(xué)工業(yè)出版社出版)、《電子封裝工藝設(shè)備》(2012年化學(xué)工業(yè)出版社出版)六本書(shū)籍?！峨娮臃庋b技術(shù)與可靠性》一書(shū)是這一系列的第八本，該書(shū)出版后，正在編篡中的系列叢書(shū)之五《光電子封裝技術(shù)》、之九《系統(tǒng)級(jí)封裝》將會(huì)陸續(xù)出版，以饗讀者?！　　峨娮臃庋b技術(shù)與可靠性》譯自美國(guó)Haleh Ardebili和Michael G?Pecht著《Encapsulation Technologies for Electronic Applications》。該書(shū)的內(nèi)容涉及電子封裝技術(shù)與可靠性相關(guān)領(lǐng)域，如：包括晶圓級(jí)和3D封裝在內(nèi)的各種類(lèi)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(shù)，封裝器件質(zhì)量鑒定與保證以及“后摩爾”定律時(shí)代微納電子、生物電子及傳感器、有機(jī)發(fā)光二極管、光伏器件等相關(guān)的塑封技術(shù)。　　該書(shū)對(duì)從事電子封裝及相關(guān)行業(yè)的科研、生產(chǎn)、應(yīng)用工作者都會(huì)有較高的使用價(jià)值。對(duì)高等院校相關(guān)師生也具有一定的參考價(jià)值。中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子制造與封裝技術(shù)分會(huì)電子封裝技術(shù)叢書(shū)編輯委員會(huì)及時(shí)組織翻譯并委托化學(xué)工業(yè)出版社出版此書(shū)的中文譯本?！　∥蚁嘈疟緯?shū)中譯本的出版發(fā)行將對(duì)我國(guó)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(dòng)作用。我也在此向參與本書(shū)譯校的所有人員和支持本書(shū)出版的有關(guān)單位及出版社工作人員表示由衷的感謝?！　≈袊?guó)電子學(xué)會(huì)副總監(jiān)　　中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子制造與封裝技術(shù)分會(huì)理事長(zhǎng)　　中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)　　中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)封裝分會(huì)理事長(zhǎng)

內(nèi)容概要

　　本書(shū)是專(zhuān)注于電子封裝技術(shù)可靠性研究的Houston大學(xué)的Haleh
Ardebili教授以及Maryland大學(xué)的Michael
G?Pecht教授關(guān)于微電子封裝技術(shù)及其可靠性最新進(jìn)展的著作。作者在描述塑封技術(shù)基本原理，討論封裝材料及技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，著重介紹了封裝缺陷和失效、失效分析技術(shù)以及微電子封裝質(zhì)量鑒定及保證等與封裝可靠性相關(guān)的內(nèi)容。
　　本書(shū)共分為8章。第1章介紹電子封裝及封裝技術(shù)的概況。第2章著力介紹塑封材料，并根據(jù)封裝技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了分類(lèi)。第3章主要關(guān)注封裝工藝技術(shù)。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(shù)。第7章主要關(guān)注封裝微電子器件的質(zhì)量鑒定及保證。第8章探究電子學(xué)、封裝及塑封技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)以及所面臨的挑戰(zhàn)。
　　本書(shū)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(shù)以及質(zhì)量保證技術(shù)；不僅有原理闡述，而且有案例分析。本書(shū)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(shù)選擇、與封裝相關(guān)的缺陷及失效分析以及質(zhì)量保證及鑒定技術(shù)的應(yīng)用等方面提供重要的技術(shù)指導(dǎo)。本書(shū)十分適合于對(duì)電子封裝及塑封技術(shù)感興趣的專(zhuān)業(yè)工程師及材料科學(xué)家，電子行業(yè)內(nèi)的企業(yè)管理者也能從本書(shū)中獲益。另外本書(shū)還可作為具有材料學(xué)或電子學(xué)專(zhuān)業(yè)背景的高年級(jí)本科生及研究生的選用教材。

書(shū)籍目錄

第1章　電子封裝技術(shù)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(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章　塑封材料
2.1化學(xué)性質(zhì)概述
2.1.1環(huán)氧樹(shù)脂
2.1.2硅樹(shù)脂
2.1.3聚氨酯
2.1.4酚醛樹(shù)脂
2.2模塑料
2.2.1樹(shù)脂
2.2.2固化劑或硬化劑
2.2.3促進(jìn)劑
2.2.4填充劑
2.2.5偶聯(lián)劑
2.2.6應(yīng)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(chǎng)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(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章　封裝工藝技術(shù)
3.1模塑技術(shù)
3.1.1傳遞模塑工藝
3.1.2注射模塑工藝
3.1.3反應(yīng)?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(shù)
3.4.1傳統(tǒng)的流動(dòng)型底部填充
3.4.2非流動(dòng)型填充
3.5印刷封裝技術(shù)
3.62D晶圓級(jí)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(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章　封裝性能的表征
4.1工藝性能
4.1.1螺旋流動(dòng)長(zhǎng)度
4.1.2凝膠時(shí)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(shí)間和溫度
4.1.7熱硬化
4.1.8后固化時(shí)間和溫度
4.2濕?熱機(jī)械性能
4.2.1線膨脹系數(shù)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
4.2.2熱導(dǎo)率
4.2.3彎曲強(qiáng)度和模量
4.2.4拉伸強(qiáng)度、彈性與剪切模量及伸長(zhǎng)率
4.2.5黏附強(qiáng)度
4.2.6潮氣含量和擴(kuò)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(xué)性能
4.4化學(xué)性能
4.4.1離子雜質(zhì)（污染等級(jí)）
4.4.2離子擴(kuò)散系數(shù)
4.4.3易燃性和氧指數(shù)
4.5總結(jié)
參考文獻(xiàn)
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(jī)理分類(lèi)
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(lái)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(dǎo)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(yīng)力
5.4.5自然環(huán)境應(yīng)力
5.4.6制造和組裝載荷
5.4.7綜合載荷應(yīng)力條件
5.5總結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章　微電子器件封裝的缺陷及失效分析技術(shù)
6.1常見(jiàn)的缺陷和失效分析程序
6.1.1電學(xué)測(cè)試
6.1.2非破壞性評(píng)價(jià)
6.1.3破壞性評(píng)價(jià)
6.2光學(xué)顯微技術(shù)
6.3掃描聲學(xué)顯微技術(shù)（SAM）
6.3.1成像模式
6.3.2C?模式掃描聲學(xué)顯微鏡（C?SAM）
6.3.3掃描激光聲學(xué)顯微鏡（SLAMTM）
6.3.4案例研究
6.4X射線顯微技術(shù)
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(shù)
6.6電子顯微技術(shù)
6.6.1電子?樣品相互作用
6.6.2掃描電子顯微技術(shù)（SEM）
6.6.3環(huán)境掃描電子顯微技術(shù)（ESEM）
6.6.4透射電子顯微技術(shù)（TEM）
6.7原子力顯微技術(shù)
6.8紅外顯微技術(shù)
6.9失效分析技術(shù)的選擇
6.10總結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章　鑒定和質(zhì)量保證
7.1鑒定和可靠性評(píng)估的簡(jiǎn)要?dú)v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(yīng)用要求
7.3.4利用PoF方法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)
7.3.5失效模式、機(jī)理及其影響分析（FMMEA）
7.4產(chǎn)品鑒定
7.4.1強(qiáng)度極限和高加速壽命試驗(yàn)（HALT）
7.4.2鑒定要求
7.4.3鑒定試驗(yàn)計(jì)劃
7.4.4模型和驗(yàn)證
7.4.5加速試驗(yàn)
7.4.6可靠性評(píng)估
7.5鑒定加速試驗(yàn)
7.5.1穩(wěn)態(tài)溫度試驗(yàn)
7.5.2溫度循環(huán)試驗(yàn)
7.5.3濕度相關(guān)的試驗(yàn)
7.5.4耐溶劑試驗(yàn)
7.5.5鹽霧試驗(yàn)
7.5.6可燃性和氧指數(shù)試驗(yàn)
7.5.7可焊性試驗(yàn)
7.5.8輻射加固
7.6工業(yè)應(yīng)用
7.7質(zhì)量保證
7.7.1篩選概述
7.7.2應(yīng)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(jì)性
7.7.6統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制
7.8總結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章　趨勢(shì)和挑戰(zhàn)
8.1微電子器件結(jié)構(gòu)和封裝
8.2極高溫和極低溫電子學(xué)
8.2.1高溫
8.2.2低溫
8.3新興技術(shù)
8.3.1微機(jī)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(shù)和納米電子器件
8.3.4有機(jī)發(fā)光二極管、光伏和光電子器件
8.4總結(jié)
參考文獻(xiàn)
術(shù)語(yǔ)表
計(jì)量單位換算表

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