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微电子技术系列丛书 CMOS图像传感器 封装与测试技术 陈榕庭编著 包军林杜磊改编 電子工業出比版社 Publishing House of Electronics Industry 北京· BELING 内容简介 本书首先介绍整个半导体封装业的历史及演进过程然后以光感芯片为例说明晶圆厂的芯片制 造过程,光感应芯片的应用范围、结构及各种常见的CMOS模块种类等。具体内容涉及材料使用、设 备及各工序简介、缺陷模式及热效应分析、产品可靠性的测试方法,最后阐述目前CMOS光感测试的 最新技术及多样化工序。 本书可作为微电子专业高年级本科生和研究生的教材,也可作为想从事或刚从事封装测试产业 的工程师或技术人员的参考书。 本书中文简体字版由台湾全华科技图书股份有限公司独家授权,仅限于中国大陆地区出版发行,未 经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书的任何部分。 图书在版编目{C|P数据 CMS图像传感器封装与测试技术/陈榕庭编著;包军林杜磊改编.一北京:电子工业出版社,2006.7 (微电子技术系列丛书) lSBN7.12102851-4 .C...Ⅱ.①陈.②包.③杜..Ⅲ.图像处理-传感器N.TP212 中国版本图书馆CIP数据核字(2006)第077692号 责任编辑:刘海艳(hy@phei.com.cn) 印刷:北京智力达印刷有限公司 出版发行:电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱邮编100036 经销:各地新华书店 开本:787×980116印张:19字数:351.1千字 印次:2006年7月第1次印刷 印数:5000册定价:39.00元 凡购买电子工业出版社的图书如有缺损问题请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联 系。联系电话:(0]0)682707。质量投诉请发邮件至ds@phei.cwmn,盜版侵权举报请发邮件至 dogg phei. com.cn 前言 有关半导体封装产业的技术和动态日新日异,不仅因为科技进步、对科技 产品需求量大增,同时也是因为整个封装制造业的大环境及前景也在改变,因 此如何提供一本关于CMOS封装的书籍就显得格外重要。希望本书对于那些 刚踏入封装这个行业,或是未来想要从事该行业的工程师或技术人员能有所参 考与依循,并配合适当的训练课程来减少摸索时间,这也是本书的主要目的。 同时为求快速学习,对各工序方式、机台设备等都力求以最自然的方式描 述概念,并结合相关实例讲解,以达到更好的学习理解的功效。 目录 第1章半导体封装基本知识及CMOS图像传惑器发展历史 1-1半导体的定义 微电子工业发展 微电子材料 1-2何谓半导体封装 1-3现今半导体封装与图像传感器发展趋势 ,··,鲁·,,·,···,,·,..,、垂 12236799 14何谓半导体图像传感器 CMOS( Complementary Metal-Oxide Semiconductor) CMOs图像传感器 9 1-5半导体图像传感器演变历程 10 1-6CMOS传感器应用及市场规模预估 11 CMOS传感器的应用 14 1-7 CMOS/CCD图像传感器的未来发展 19 国内市场趋势 19 可照相手机市场趋势 21 日本市场趋势 22 光学鼠标市场趋势… 22 参考文献 ……26 算2章半导体图像传惑器封装流程………………………………29 2-1CMOS光学图像处理流程图示 30 2-2CMOS图像光感应原理 32 BIN#(缺陷判定)的定义………………………… 34 视觉成像图靠……… 36 23半导体图像传感器—芯片制造流程 …37 参考文献 ……43 第3章半导体图像传感器基本结构 …………45 3-1半导体图像传感器与数码相机 46 3-2半导体图像传感器封装技术的层次及功能 48 33半导体图像传感器封装种类 9 3-4CMOS图像传感器模块结构设计…………………………………51 参考文献 56 第4章半导体图像传惑器封装材料简介… 57 4-1封装材料简介 58 基板材料 58 引线框材料 61 引线框的制作程序………… 62 粘胶材料 63 4-2高分子封装材料的性质 68 结晶化、熔融及玻璃转换现象 ……68 结晶化( crystallizat 69 熔融( melting 70 玻璃转换( glass transition)…………… 70 熔点及玻璃转换温度 70 高分子材料的粘弹性 72 热塑性和热固性材料( thermoplastic/ thermosetting polymers)…………73 43金属引线框和高分子基板的受力分析 …………73 引线框的弹性和塑性形变 ……73 引线框金属部分的塑性形变方式——滑移与孪晶 74 引线框金属体内的晶体滑移 75 高分子基板的受力断裂( fracture of polymers)…………… 6 参考文献 7 第5章半导体图像传惑器封装工艺介绍(半自动) 79 Ⅵ 口1 半导体封装基本知识及 CMoS图像传感器发展历史 学习目标 1.由浅入深阐述何谓半导体。 2.半导体业界的分工如何划分 3.过去、现在及未来发展趋势。 4.应用范畴 CMOS图像传感器封装与测试技术 1-1半导体的定义 在正式进入本书的内容之前,先将微电子学的历史与整个半导体的基本知 识做一个简明概略的叙述,以便后面再提到时能有更清晰的轮廓。 微电子工业发畏 近年来电子工业几乎已成为人类科技文明发展所必经且不可或缺的一环。 科技的突飞猛进与半导体的发展应用,存在着极密切的关系。人类文明在历 经19世纪的工业革命—利用机器取代人力,20世纪的工业革命—用计 算机及网络为人们开拓新视野。由于计算机的微型化趋势,使得大规模集成 电路逐渐“轻、薄、短、小”化,以致所谓集成电路工业一词被逐渐转称为 微电子工业。 微电子工业可追溯到1947年肖特基(W. Shockley)等人发明的晶体管 取代了真空管。逐渐地,计算机的问世为晶体管应用提供了庞大的潜在市场。 同时,由于民用工业、国防工业、航天工业的需求刺激,20世纪50年代末 期,微电子工业已发展到可靠性及耐用程度相当良好的程度。自此以后,微 电子技术的发展更是一日千里。演变至今,电路元器件的特征尺寸不断缩小 由原本的毫米(mm)至微米(pm),直至现今的纳米(nm)大小,运行速度 暴增(每秒可执行百亿条指令),坚固及耐用程度增加,价格也大为降低。这 种特殊的情况是人类工业革命以来所有工业产品从未出现过的变异。尤其是 近年来个人计算机的发展,不仅使微电子产品从工厂进入办公室及家庭,而 且更促使其他各种工业作革命性的改变,如机器操作自动化、仪器自动校准、 数据存储及处理、移动通信等发展成为所有工业进步的动力。甚至随后的数 十年间,一个国家电子工业的兴盛与否可决定其盛,故有人称20世紀中叶心少 以后的时代为半导体时代。 2 第1章半导体封装基本知识及CMOS图像传感器发展历史 橄电子材料 在阐述微电子材料之前,我们必须先知道物质的基本组成。原子是组成物 质的基本单位,每一个原子都是由非常小的原子核(原子核由带正电的质子与 不带电的中子所组成)与环绕在其周围的电子(带负电)所组成的。电子和质子 带有1.60×10-19C的电荷,而在质量上,质子和中子具有相近似的质量,为 1.67×10-2kg,它们的质量明显要比电子仅有9.11×10-3kg的质量大,波尔 原子模型( bohr atomic model)如图1.1所示。 原子核 轨道电子 图1.1波尔原子模型 所有原子均由原子核与核外电子组成,因而电子也是自然界的基本粒子之 。电子按照轨道绕原子核旋转。根据量子理论,电子所运行的每一层轨道都 有自己固定的能级,在各轨道运行的电子也具有一定的能量。材料依其导电性 可分为导体、半导体及绝缘体。导体如金、银、铜、铁,其电阻很低;绝缘体如玻 璃,其电阻非常高;半导体如硅、锗,其导电性介于导体与绝缘体之间。 材料的电导率由可自由运动的带电粒子数目所决定。在金属中可自由运 动的带电粒子为原子外层轨道电子,即价电子,因其不受单一原子的束缚而分 布于整个导体中,这些价电子也称为自由电子。绝缘体中自由电子数目很少 所以导电性很差。要解释半导体的导电性,就必须要用到量子力学的能带概 念。图1.2所示为各类型材料在室温下的电导率。 3

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