微电子封装技术

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本书比较全面、系统、深入地论述了在晶体管和集成电路(IC)发展的不同历史时期出现的典型微电子封装技术,着重论述了当前应用广泛的先进IC封装技术——QDP、BGA、FCB、MCM和3D封装技术,并指出了微电子封装技术今后的发展趋势。 全书共分8章,内容包括:绪论;芯片互连技术;插装元器件的封装技术;表面安装元器件的封装技术;BGA和CSP的封装技术;多芯片组件(MCM);微电子封装的基板材料、介质材料、金属材料及基板制作技术;未来封装技术展望。书后还附有微电子封装技术所涉及的有关缩略语的中英文对照等,以便读者查阅。 本书涉及的知识面广,又颇具实用性,适合于从事微电子封装研发、生产的科技人员及从事SMT的业界人士阅读,也是高校相关专业师生的一本有价值的参考书。
手予 序 当前,全球已迎来了信息时代电子信息抆术极大地改变了人们的生活方武 和J作方式,并成为体现一个国家国力强弱的重要标志之一。半导体集成电路技 术是电子信息技术的基石:目前,半导体集成电路封装测试与计和制造一起并 称为半导体产业的三大支柱。 1947年晶体管发明的同,也开创了微屯子封装的历史。封装在满足器件的 电、热、光、机械性能的基础上解决了苾片与外电路的互连问题,对电子系统的小 型化、可靠性和性价比的提高起到了关键作用 现代电子信息技术飞速发展,对电子产品的小型化便镌化、多功能、高可靠 和低成人等提出了越来越高的要求。目前,微电子封装已逐渐摆脫作为微电子制 造后工序的从属地位而相对独立,针对各种电子产品的特殊要求,发展出了多种 多样的封装技术,如 QFPS BGA、CSP、 FCB MCM和3D封装技术等。微电子封装 测试技术与E℃设计和EC紂造等技术并列,既相对独立,又相互依存、相互促进 共同推动信息化社会的发展 近几年来,我国微电子封装产业发展较快,对微电子封装技术方面的书籍也 产生了迫切的需求。汋此,中国它子学会生产技术学分会电子封装技术丛书编委 会决定编著《微电子封装技术》一书,作为电子封装技术烈列丛书之三正式出版 该书着重论述了目前较先进的主流封装技术和封装形式,对未来徽电子封装工艺 技术的发展趋势仵了展望,同时还简要亼绍了与徼电子封装技术密切相关的电子 设计、电子材料、测试技术和可靠性等内容。木书对微电子封装及相关行业的科 研、生产、应用工作者都会有较高的使用价值,对高等院校相关专业的师生也具有 定的参考价值 微电子封装技术正值发展时期,新理论、新技术、新工艺和訴产品不断出现 我相信本书的出版发行对徽电子封发行业的发晨会起到积极的推动作用,特向所 有关心我国缴电子封装技术发展的领导和工程技术人员致以衷心的感谢 微电子封装技术 最后容我说明-下,在本书的编著、出版过程中,长期从事徽电子封装技术研 究工作的况延香、朱颂春两饪高綴工程师和高尚通教授做了大量艰苦、细致的匚 作。对于他们个人的付出,我表示由哀的感谢和钦佩。 前言 前言 现代电子信息技术飞速发展,极大地推动着电子产品向多功能、高性能、高可、小型化 便携化及大众化普及所要求的低成本等厅向发展,前满足这些要求的基础与核心乃是I,特 别是LS利VLSI。但是,C芯片要经过合适的封装,才能达到所要求的电、热、光、机被等性 能,满足使川要求;同时,封装也对芯片起到保护作用,使其可以长期可靠地工作。对中、小规 模IC芯片,因EO引脚不多,可采用T0、m)P哦SOP封装形式;对有数于个全数个l0引脚 的L5I芯片,就要采PLC、QFP或PGA的封装形式;而对O引脚数高达数百个乃至数千 个的VLL芯片,或虽然IO引脚数较少(如数十个至数白个),但对封装效率(芯片面积装 而积)要求较高的LSI和ⅤLSI芯片,就要采用更为先进的封装结构,如 BGA, CSP、FCB、MCM 或3D封装等 在电子封装技术中微电子裴更是举足轻重,所以C封装在国际上早已成为独的封 装测试产业,并与IC设计和C制造共同构成IC产业的三大支柱。币EC封装又在各种电了 装崙的轻薄短小化及使携化等方面起到关键作用。所以,在一定意义上说正是C封装, 特别是先进IC封装技术的发展,推动着电子装备不断升级换代,推动者电了信息技术高速 发展 我函的1C产业经过多年的发展,已有了长足的进步,其中C封装测试产业正在崛起,但 与我國对IC的巨大求相比仍柜差去远,目前国内只能满足求量的15%,封装能力也严重 不是,且70%以上的封装产品为DP、OP和QFP的中低档封装产品,BGA和CSP刚开始起 步,在这种形势下,国家出台了-系列励I产业发餍的政策,使我国的IC产业正跨越式发 展。此时,国外各大电子公司和我国台湾的电子公同也纷纷到我国大陆投资建厂,发展TC产业 伴随若我国IC产业的发展,特别是I装产业的发展,封装业界人士迫切需求封装方而 的书籍。为了满足业界这…需求,197年四儿省电子学会SMT专业委i会苏曼波秘书长与 况延香朱颂春两位同志商定编华《现代微电子封装技术》书。该书录经原指息产业部电 子科孚研究院副院长毕克允教授和印国电子学会常务理事原产技术学分会主任委员郭哇 庭教授审定后,开始着手编写,并于1999年炸为部资料在业界问世,2000年,毕克允教受 根据LC扦装广ψ发的形势,提出组织編写一部能反映IC最新封装技术进展的专业籍,型 纳人电子封装技术丛书系列式出版,以便更有效地进行电子封装知识的普及况延香、朱颂 Ⅳ 微电了封装技术 睿两位铴级1程师随即着予撰写。全书最终目录结均由編委会主任委员毕克允教授士202 年6月6口在合短主持编委会会议,经充分讨沦后最后确定a本↓较全百、系統深入地论述 了不同时期具有代表性的做电子封装技术,重点论述了先进I封装技术,如 BCA CSP、FCB、 MCM和3封装等,并展望了未来徵电子封装技术的发展趋势。本书的特点在于对国际上先 进IC封装技术介绍的及时性,对IC封装行业研发、生产和应用市场的针对性以及对未来做电 子封装支术发展趋勢屐望的前瞻性 夲书由中闽电子科技集团公同第辂3饼究所况延香高级工程师撰写第123、4、8章,朱颂 春高级工程帅撰写第5、6、7章,中国电子科技集团公司弟13岍究所副总⊥程师苘尚通教授对 笫1、3、5、8章作了部分补充和认真修改,三人共同对全书进仃了统编。编委会主任委员毕克 允教授全面组织和领导了编写与出版工作;中国电子科技集团公司武祥处长对木书的编写和 出阪进行了协调T作;清华人学贾松良教授和作息产业部电子第4研究所陈裕焜教授对第2、 5章,中国电子科技集团公司第58研究所∫菜峥髙级工程帅对第6章,复日大学叶明新副敕 授和中国电子积技集团公司第55研究所林叶教授对第T章,宜兴电子器件总厂汤纪南高级工 程师和中国电子科技集团公司第13研究所郑宏高级工程师对第34章,武汉钧菱公司董义 成总经理对第1章,都迕行了认真细致的审阋与修政;电子与封装》杂志主编蔡菊荣高级工程 师提供∫《部分微电」封装汇(含缩路语)》,并对本书提出∫许多宝贵意见、此外,其他编娄 会委员也对本书提出了很多宝贵意见和建议。 本书共分8章,分别是第1章“绪论”,第2章“芯片互连技术”,第3章“插装元器件的封装 技术",第4章“表面安装元器件的封装技术”,第5章“BGA和CSP的封装技术”,第6章“多心 片组件(MCM)”,第7草“做电子封装的基板材料、介质材料金属材料及基板制作技术”,第8 章“未来封装技术展望” 本书是在各有关上级领导的热情关怀下,在众多专家种同仁的大力帮下完成的,值此本 书出版之际,特表示诚挚的谢意 最后,还要感谢中国科学技术人学出版社的同志为本书出版所做的人量工作,特别是该出 版社的李荸峰编辑,以严谨的作风、认真细致的工作态度和良好的合作精神,圆满完成编辑工 作,使本书得以高质量出版 本书在微电f封装的专业深度反相关理论的阐述上或们欠欤;另外,由于编者水平所限, 虽圾收了编委和专家们的许多意见或建议,书中仍难免有不足甚至差错敬请业界人土及!大 读者不吝赐教。 电子封装技术丛书编委会 2002年10月 日录 目录 序 前言… ▲■t山d旮山■b■_I1h1卜 平昏冒■甲甲11甲 第1章绪论… 〔1 1.1概述…………"……"…………………………"(1 1.1.1微电子封装抆术的濱变…… ■■■■ 1.1.2微电于封装技术 1.1.3微电子守装技术的重妥性 1.1.4我国微电了封装技术的现状及对策…… 1.2微比子封裝技个的分级 1,2,1片王连级(零级封装)… (12) t22一级微电子封蓉技术, (l5) 2,3二级微它子封装技术 (15 1.24三.级徽电子封装技术 (18 (3D)封装技术 血血■ …………(18 1,3徽电子封装的功能…… ■4郾甲看4 ■号萨 (19) 14微电子封装技术发的驱动力… ……4…1(19) 5黴电f封装技术与当代电子信息技术…… (21 第2章芯片互连技术 (22 2.1概述 ■■■■■『■■■■面如『▲■F晋普卜PP■翟甲■甲■甲甲『·甲号晕m■■■■■ (22 2.2引线键合(WB技不… 2,2,ⅠWB的分类与特点… 2.2.2线键合的主要材料 24 2.2.3Au-Al焊接的问题及其对策 26) 2.3载带自动焊(TAB)技术 …(7 2.3.1TAB技术发展茼况 ……27) 微电子封装技术 2.3.2TAB技术的优点 ■,凸量t■■t『bll …………(27) 2.3.3TAB的分类和标准 曲d■ (28) 2.3.4TAB技术的关键材料和关键技术 (29) 2.3.5TAB片凸点的设计制作要 (31) 23.6TAR载带的设计要点 2.3.7TAB载带的制作技术 33 3.8TAB的焊接技术 (37) 23.9TAB的可靠悭 ……………(39) 2.3.10凸点载带自动焊(BTAB)简介 ……………(41 2.3.11TAR引线焊接机…………… ■↓卜■·■P■■昏昏·卜■1昏■4■■↓■晋■■+b 42) 2.3.12TAB的应用…………………………… ………(43) 2.4倒装焊(FCB技术 2.4.1倒装焊的发胞简况…;…… …(44) 2.4.2芯片凸点的类别 (46〕 24.3芯片凸点的制作工艺 46) 2.4.4凸点芯片的FCB技术 4技术与DCA拉术的重要性 69 2.4.6FCB的可靠性 70 2.4.7倒装焊接机简介 (75} 2.5埋置芯片互连——后布线技术 (76 26芯片互连方法的比较… …………………"………(7 第3章插装元器件的封装技术 自d自曲p曲 ……(79 3.1概述 (79) 3.2捅装元器件的分类与特点 80) 33主要插装元器件的封装技术…… TTr …………………·(80) 3.3.1插装型晶体管的封装技术 (80) 3.3.2SI和DP的封装技术 ……………"…………:(82) 3.3.3PGA的封装技末… (86 3.3.4金属外壳制造和封装技术 日日日日早■日L『·甲■4甲 (87) 第4章表面安装元器件的封装技术… (96 概述 (96 日录 4.1.1走面安装元器件 ■■"■■■山bh4 96) 4.1.2SMD的优势 4.1.3SMD的不足……… …………………(98) 4.2SMB的分类及其特点… ■T 4.2.1按封装外形分类及其特点… 甲4 …(99) 4.2,2按對装材料分类及其特点……… 4.3主要SMD的封装技术 (101) 4.3,1“芝麻管”的封装技术………… (101) 斗.3.2囿柱形无引脚安装(MELF)二极管的封装技术 ……………(1U1) 4.3.3小外形晶体管(SOT}的封装技术 p■4■dq·甲■■■■d1■■ …,(102) 4.3.4C小外形封装(SOP)技术 ■平甲q早「平P (103 4.3.5塑料有引脚片式載体(PLCC)封装技术……… (107) 4,3,6陶瓷无引脚片式戟体(LCCC)封装技术 ……(108 4.3.7四边引脚扁平封装(QFP)技衣 ………………(110) 4,4料封装吸潮引起的可靠性问题 ……………115) 4.4.]塑料封装吸潮闩题的普遍性及危害 ……(115) 4.4.2塑料封装吸潮引葩的开裂现穷 ………………(116) 4.4.3塑料封装吸潮开裂的机理 …(116 4.4,4蟈料封装吸潮开裂的对策… l8) 第5章BGA和CSP的封装技木 ■聊■甲·聊■■■▲血卜■上量4■量;P4甲甲甲 (121) 5.1BGA的基本概念特点和封装类型… 郾■L4q44■看4甲 121) 5.】BGA的基本概念和特点 ………(121} 5.1.2BGA的封装类型和结构… 5.2BGA的封装技术 …·(|24 5.2.1PBGA的封装技术 甲■ ■"■冒?P冒 ,(124) 5.2.2TBGA的封装技术 〔125 5.2.3CBGA和CCGA的封装技术 ………………………(126 5.3BGA的安装互连技术… …………………(127 5.3.1BCA的捍球分布… b‘4b4Ib■日吾日b冒冒·早甲 127) 5.3.2BGA焊接用材料 冒■■■ (28) 5.3.3BGA安装与再流焊接……………………………………………(128) 5.3,4RGA的焊接质检洏技术… 128 Ⅷ 嵌电子对装技术 54C的封装技术… ) 5.4.l概述· (131 5.4.2CSP的主要类别和工艺 ↓血血《■P 号p■ [3T} 5.5BGA与CSP的返修技术 139 5.5.1返修工艺 (139) 5.5.2返修设备筒介· 【■■I▲4■4b甲■l上【 140 5.6BGA、CSP与其他封装技术的比较 唱看●q (【4( 5.7BGA与CSP的可靠性 …………·…(145 ?.1概述 (145 5.7.2浮球连接缺陷……-… 山■■ …(46 5.7,3PBGA安装件的焊点可靠性试验 (148 58BGA与CSP的生产和应用 153 S.8,1概述 (153 5.8.2共墾应用实例介绍 m■■d■甲■■m晶■ b■h↓昏■■山d▲■■量甲普a 〔156) 第6章多芯片组件(MCM) ……………………………………(158) CM概述 曲p口 158) 62MCM的概念分类与特性 (159) 6.3MCM的没计 ,▲■p甲 d山“↓p ↓d郾 (163 6.3.]设计概述… ■■⊥ (1 6.3.2MCM的设计分柝 (165) 6.4MCM的热设计技术……… 6,4,1热分析的数学方法……… (78 6.4.2热分析的应用软件……… 4甲q··aqrt (l80) 6.4.3热设计买例……… …(181) 6.4.4两类冷却技术的比较…………………………(185) 6.5MCH的组装技术… 4■唱■如■·p■pb●pd4甲甲4·口4口甲q甲甲■ u 4d·mdq·甲a 87) 6.5.l概述 凸■■口■■■k山■■』■卜■■卜』t↓↓昏■4■■■■l 卩■平P■4■冒甲1甲 ……(187) 6.5.2片与基板的连接技术∵……… (187) 6.5.3甚板与封装外壳的连接技术 190) 66MCⅥ的检测技术…… (19]) 6.6.1概述 幽■■甲司甲■■即自自司■甲■■■ ■鲁几 …(191 6.6.2差板测试……………… ……………………………………(191

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