作者介紹
譯者：李虹 張輝 郭志川 等 編者：（美國）理察（Richard K.Ulrich） （美國）威廉（William D.Brown）
Richard K．Ulrich博士，是阿肯色大學化學工程的一名教授。他是一名書籍編輯和嵌入式無源技術的專欄作家、NEMI學會成員、IEEE高級封裝會刊的副編輯，他過去曾任電化學學會電介質科學和技術分部的主席。
William D．Brown博士，是阿肯色大學電子工程學院研究部副主任、電子工程的傑出教授。自1991年以來，在大學高密度電子中心(HiDEC)的研究發起和引導中扮演了一個活躍的角色，該中心專注於推進電子封裝材料和技術的最新進展。
章節目錄
譯者序
第2版前言
第1章 微電子封裝的導言和概覽1
1.1 概述1
1.2 電子封裝功能2
1.3 封裝等級結構2
1.3.1 晶片貼裝4
1.3.2 第一等級互連4
1.3.3 封裝蓋和引腳密封5
1.3.4 第二等級互連6
1.4 微電子封裝技術簡史6
1.5 封裝技術的驅動力14
1.5.1 製造成本14
1.5.2 可製造性成本15
1.5.3 尺寸和重量15
1.5.4 電子設計15
1.5.5 熱設計15
1.5.6 力學性能設計16
1.5.7 可製造性設計16
1.5.8 可測試性設計16
1.5.9 可靠性設計17
1.5.1 0可服務性設計17
1.5.1 1材料選擇17
1.6 小結18
參考文獻19
習題20
第2章 微電子封裝材料22
2.1 概述22
2.2 一些重要的封裝材料性質22
2.2.1 力學性能22
2.2.2 濕氣滲透23
2.2.3 界面的粘滯性23
2.2.4 電氣性能24
2.2.5 熱性質25
2.2.6 化學性質26
2.2.7 系統可靠性26
2.3 封裝中的陶瓷材料27
2.3.1 礬土（Al2O3）29
2.3.2 氧化鈹（BeO）30
2.3.3 氮化鋁（AlN）31
2.3.4 碳化矽（SiC）31
2.3.5 氮化硼（BN）32
2.3.6 玻璃陶瓷32
2.4 封裝中的聚合物材料33
2.4.1 聚合物的基本知識33
2.4.2 聚合物的熱塑性和熱硬性35
2.4.3 水分和溶劑對聚合物的影響36
2.4.4 關注的一些聚合物性質36
2.4.5 微電子中所用聚合物的主要分類39
2.4.6 聚合物的第一等級封裝套用43
2.5 封裝中的金屬材料45
2.5.1 晶片焊接45
2.5.2 晶片到封裝或基底46
2.5.3 封裝構造50
2.6 高密度互連基片中使用的材料51
2.6.1 層壓基片52
2.6.2 陶瓷基片55
2.6.3 沉澱的薄膜基片56
2.7 小結58
參考文獻58
習題60
第3章 處理技術62
3.1 概述62
3.2 薄膜沉澱62
3.2.1 真空現象62
3.2.2 真空泵63
3.2.3 蒸發65
3.2.4 濺射67
3.2.5 化學蒸氣沉澱70
3.2.6 電鍍72
3.3 模式化74
3.3.1 光平板印刷74
3.3.2 蝕刻77
3.4 金屬間的連線79
3.4.1 固態焊接79
3.4.2 熔焊和銅焊81
3.5 小結82
參考文獻82
習題83
第4章 有機PCB的材料和處理過程84
4.1 概述84
4.2 所有PCB層構造的普遍問題85
4.2.1 數據格式和規範85
4.2.2 計算機輔助製造和加工85
4.2.3 排版86
4.2.4 層疊材料87
4.2.5 製造容限綜述88
4.3 PCB處理流程89
4.3.1 內層的製造91
4.3.2 MLB結構和外層的製造94
4.3.3 電氣測試98
4.3.4 視覺和維度檢測99
4.3.5 契約評審99
4.3.6 顯微薄片分析100
4.4 介電材料101
4.4.1 介電材料的動因101
4.4.2 介電材料的構造與處理考慮因素102
4.5 表面拋光106
4.6 高級PCB結構107
4.6.1 高密度互連線和微型過孔107
4.7 規範和標準113
4.7.1 IPC簡史113
4.7.2 有機PCB的相關標準113
4.8 主要術語115
參考文獻118
習題118
第5章 陶瓷基片121
5.1 電子封裝中的陶瓷121
5.1.1 引言和背景121
5.1.2 陶瓷基片的作用121
5.1.3 陶瓷的優勢121
5.1.4 陶瓷成分122
5.1.5 陶瓷基片製造122
5.2 陶瓷基片的電氣性能123
5.3 陶瓷基片的力學性能124
5.4 陶瓷基片的物理性能125
5.5 設計規則125
5.6 陶瓷上的薄膜126
5.6.1 引言和背景126
5.6.2 沉澱技術126
5.6.3 薄膜基片性質127
5.7 陶瓷上的厚膜127
5.7.1 引言和背景127
5.7.2 絲網準備和檢查128
5.7.3 絲網印刷處理129
5.7.4 基片清理和處理環境130
5.7.5 厚膜的形成130
5.7.6 濕粘土的熱處理過程131
5.7.7 厚膜的金屬化131
5.7.8 厚膜電介質132
5.7.9 厚膜電阻133
5.8 低溫共燒陶瓷133
5.8.1 LTCC技術133
5.8.2 絕緣膠帶的處理和清潔室環境135
5.8.3 過孔的形成136
5.8.4 過孔的填充138
5.8.5 絕緣膠帶材料的絲網印刷考慮因素139
5.8.6 檢查140
5.8.7 絕緣膠帶層整理140
5.8.8 層壓141
5.8.9 燒制142
5.8.10 後處理143
5.8.11 設計考慮因素145
5.8.12 收縮預測與控制145
5.9 HTCC製造過程146
5.9.1 HTCC處理146
5.9.2 多層AIN146
5.10 高電流基片146
5.10.1 直接接合銅處理147
5.10.2 有源金屬銅鍍148
5.11 小結148
參考文獻149
習題150
第6章 電氣考慮、建模和仿真152
6.1 概述152
6.1.1 僅僅是一根導線嗎？152
6.1.2 電氣封裝的功能152
6.2 基本事項153
6.2.1 電阻153
6.2.2 自感和互感157
6.2.3 電容161
6.2.4 參數提取程式163
6.3 信號完整性和建模163
6.3.1 數位訊號的表示和頻譜164
6.3.2 驅動器和接收器模型165
6.3.3 RC延遲167
6.4 傳輸線170
6.4.1 微帶傳輸線174
6.4.2 端接反射175
6.4.3 信號線損耗和集膚效應180
6.4.4 網路拓撲181
6.5 耦合噪聲或者串擾182
6.6 電源和地185
6.6.1 動態配電185
6.6.2 電源系統的阻抗186
6.6.3 去耦電容的諧振186
6.6.4 配電建模187
6.6.5 切換噪聲188
6.7 總體封裝IC模型與仿真191
6.7.1 仿真192
6.8 時域反射測量法192
6.9 小結195
參考文獻195
習題196
第7章 熱考慮因素200
7.1 概述200
7.1.1 熱源200
7.1.2 熱消除的方法201
7.1.3 故障模式202
7.2 熱傳遞基本原理203
7.2.1 熱傳遞速度方程203
7.2.2 元件的暫態熱回響207
7.2.3 各種形狀中的傳導208
7.2.4 總體熱阻213
7.2.5 強制對流熱傳遞216
7.2.6 自然對流熱傳遞223
7.3 空氣致冷227
7.4 液體致冷228
7.4.1 單相液體致冷228
7.4.2 雙相液體致冷228
7.5 高級致冷方法231
7.5.1 熱管致冷231
7.5.2 熱電致冷232
7.5.3 微通道致冷233
7.6 計算機輔助模型233
7.6.1 固體模型233
7.6.2 計算流體力學234
7.6.3 去耦合級別234
7.6.4 典型結果234
7.7 小結236
參考文獻236
附錄：熱傳遞計算的熱物理屬性237
習題239
第8章 機械設計考慮241
8.1 概述241
8.2 變形與應變241
8.3 應力244
8.4 本構關係247
8.4.1 彈性材料248
8.4.2 塑性材料249
8.4.3 蠕變材料250
8.5 簡化形式251
8.5.1 平面應力和平面應變251
8.5.2 梁問題252
8.6 失效理論256
8.6.1 靜態失效256
8.6.2 斷裂力學259
8.6.3 疲勞259
8.7 確定應力的分析方法261
8.7.1 雙材料組的軸向效應261
8.7.2 雙材料組的彎曲效應265
8.7.3 剝離應力266
8.7.4 三材料組268
8.8 數值方法271
8.8.1 有限元方法271
8.8.2 商業代碼274
8.8.3 局限和危害276
8.9 小結276
參考文獻277
參考書目277
習題278
第9章 分立和嵌入式無源元件283
9.1 概述283
9.2 現代電子系統中的無源元件284
9.3 無源元件的定義和結構288
9.4 基於薄膜的無源元件289
9.5 電阻器291
9.5.1 設計方程291
9.5.2 膠料嵌入式電阻器293
9.5.3 電阻器的材料294
9.6 電容器295
9.6.1 順電體和鐵電體297
9.6.2 電介質尺寸設計299
9.6.3 用於電容器的電介質材料300
9.7 電感器302
9.8 無源元件的電氣特性303
9.8.1 理想無源元件的建模304
9.8.2 實際電容器的建模304
9.8.3 分立和嵌入電容器中寄生效應的差別305
9.8.4 實際電感器的建模307
9.8.5 實際電阻器的建模308
9.9 嵌入無源元件時的問題308
9.9.1 嵌入無源元件的原因308
9.9.2 嵌入無源元件的問題310
9.1 0去耦電容器311
9.1 0.1 去耦問題311
9.1 0.2 分立電容器的去耦311
9.1 0.3 嵌入式電容器的去耦312
9.1 1無源元件的未來313
參考文獻314
習題314
第10章 電子封裝的裝配316
10.1 概述316
10.2 設施317
10.2.1 清潔室要求317
10.2.2 靜電放電要求318
10.2.3 濕敏度級別要求318
10.2.4 回流焊溫度319
10.3 元件的處理319
10.3.1 運送319
10.3.2 保存320
10.3.3 處理320
10.4 表面貼裝技術裝配321
10.4.1 焊料印製過程以及相關缺陷321
10.4.2 元件放置322
10.4.3 回流焊323
10.4.4 淨化324
10.5 晶圓準備324
10.5.1 晶圓探測324
10.5.2 晶圓安裝325
10.5.3 晶圓背面研磨/減薄325
10.5.4 晶圓鋸割326
10.5.5 晶圓劃線327
10.5.6 相關裝備327
10.6 晶粒貼附328
10.6.1 環氧樹脂328
10.6.2 熱塑性材料和熱固性樹脂329
10.6.3 焊料330
10.6.4 返工330
10.6.5 晶粒貼附裝備331
10.7 線焊331
10.7.1 熱壓縮線焊332
10.7.2 超聲線焊332
10.7.3 熱超聲線焊332
10.7.4 帶焊接332
10.7.5 球焊333
10.7.6 楔焊333
10.7.7 線焊測試334
10.7.8 帶狀自動化焊接336
10.7.9 等離子表面處理337
10.8 倒裝晶片338
10.8.1 晶圓凸點339
10.8.2 助焊342
10.9 封裝/密封/包裝344
10.9.1 密封封裝344
10.9.2 密封封裝測試345
10.9.3 非密封包裝345
10.1 0封裝級別處理348
10.1 0.1 引腳修整、成形以及分離348
10.1 0.2 焊球貼附和分離348
10.1 0.3 標記348
10.1 1藝術級技術348
10.1 1.1 3D和堆疊晶粒348
10.1 1.2 射頻模組349
10.1 1.3 微電子機械系統和微光電子機械系統350
10.1 1.4 納米技術351
10.1 2小結352
參考文獻352
習題352
第11章 設計考慮354
11.1 概述354
11.2 封裝和電子系統354
11.2.1 封裝功能354
11.2.2 系統和封裝度量355
11.2.3 系統約束和折中356
11.2.4 系統劃分358
11.3 封裝功能間的折中360
11.3.1 信號線路360
11.3.2 配電366
11.3.3 熱管理368
11.3.4 互連測試369
11.4 折中設計例子370
11.5 產品開發周期372
11.5.1 傳統和修正的產品周期372
11.5.2 市場分析和產品規格374
11.5.3 框圖和劃分374
11.5.4 技術選擇375
11.5.5 ASIC/PCB/MCM設計375
11.5.6 熱/機械設計376
11.5.7 測試程式的開發376
11.5.8 製造工具開發377
11.5.9 製造/裝配377
11.5.1 0鑑定377
11.5.1 1品質377
11.5.1 2產品引入378
11.6 設計概念378
11.6.1 元件回顧378
11.6.2 原理圖概述380
11.6.3 設計視圖383
11.6.4 反向標註383
11.6.5 仿真和評估384
11.7 PCB/MCM設計過程384
11.7.1 PCB設計流程385
11.7.2 庫385
11.7.3 封裝386
11.7.4 布線387
11.7.5 Fablink388
11.7.6 設計概念小結389
11.8 小結390
參考文獻390
軟體手冊391
習題391
第12章 射頻和微波封裝392
12.1 概述與背景392
12.1.1 高頻電路的本質392
12.1.2 高頻電路套用393
12.1.3 基本概念394
12.2 傳輸線397
12.2.1 傳輸線模型398
12.2.2 系統級傳輸線399
12.2.3 平面傳輸線401
12.2.4 不連續性406
12.3 高頻電路的實現410
12.3.1 材料的考慮410
12.3.2 微波單片積體電路412
12.3.3 MIC技術413
12.4 集總元件414
12.4.1 電容器414
12.4.2 電感器415
12.4.3 電阻器和端結416
12.5 分散式元件416
12.5.1 阻抗匹配設備417
12.5.2 濾波器417
12.5.3 功率分配器418
12.5.4 耦合器419
12.6 仿真和電路布局420
12.7 測量和測試421
12.8 頻域測量421
12.8.1 測量系統422
12.8.2 探測硬體和連線器423
12.9 時域測量424
12.1 0設計例子424
12.1 1小結427
參考文獻427
習題431
第13章 電力電子器件封裝432
13.1 概述432
13.2 電力半導體器件技術432
13.2.1 理想和非理想的電力開關432
13.2.2 功率二極體435
13.2.3 晶閘管435
13.2.4 功率雙極型電晶體436
13.2.5 金屬氧化物半導體功率場效應電晶體436
13.2.6 絕緣柵雙極型電晶體436
13.2.7 靜電感應電晶體436
13.2.8 SiC半導體器件437
13.3 商用功率封裝439
13.3.1 分立功率器件封裝439
13.3.2 多晶片功率模組和一體化集成方案442
13.3.3 商用封裝的熱性能443
13.4 功率封裝設計方法449
13.4.1 整體系統設計方法450
13.4.2 基底的選擇452
13.4.3 基片和散熱器的選擇452
13.4.4 晶片的焊接方法453
13.4.5 鍵合457
13.4.6 熱設計459
13.4.7 電磁干擾和電磁兼容461
13.4.8 高溫電力電子器件461
13.5 小結462
參考文獻462
習題464
第14章 多晶片和三維封裝466
14.1 概述466
14.1.1 多晶片封裝的歷史回顧466
14.1.2 多晶片封裝的動力467
14.2 封裝層次和分類470
14.2.1 層次470
14.2.2 MCM剖析470
14.2.3 平面MCM方法472
14.3 3D系統477
14.3.1 3D系統的特徵477
14.3.2 晶片和封裝堆疊480
14.3.3 MCM堆疊482
14.3.4 摺疊方法483
14.4 多晶片封裝的選擇484
14.4.1 產量/已知的合格晶片484
14.4.2 工藝兼容性485
14.4.3 2D和3D封裝的密度度量485
14.4.4 走線密度485
14.4.5 輸入/輸出486
14.4.6 電氣性能和基片選擇488
14.4.7 熱管理489
14.4.8 可測試性490
14.4.9 封裝系統與片上系統490
14.5 密度縮放的趨勢491
14.5.1 對於規則的或較少引腳的裝配492
14.5.2 中等複雜引腳的裝配方法1493
14.5.3 中等複雜引腳的裝配方法2493
14.5.4 高密度封裝的問題494
14.6 小結495
參考文獻496
習題496
第15章 MEMS和MOEMS的封裝：
挑戰與案例研究498
15.1 概述498
15.2 背景498
15.2.1 混合信號、混合域、混合級封裝：向下一代專用集成系統發展498
15.2.2 MEMS499
15.3 MEMS集成的挑戰500
15.3.1 釋放和粘附502
15.3.2 切割502
15.3.3 晶片處理503
15.3.4 晶圓級封裝503
15.3.5 應力503
15.3.6 氣密性504
15.3.7 測試504
15.3.8 MEMS封裝中的藝術504
15.3.9 未來方向506
15.4 數字微鏡器件的封裝方法506
15.4.1 MOEMS和特殊DMD的背景介紹506
15.4.2 影響DMD封裝的因素508
15.4.3 DMD封裝設計509
15.4.4 DMD氣密封裝裝配513
15.5 封裝技術的未來挑戰514
致謝515
參考文獻515
習題517
第16章 可靠性分析518
16.1 概述518
16.1.1 概念定義518
16.1.2 失效模式520
16.1.3 本章涉及內容521
16.2 失效機理521
16.2.1 腐蝕522
16.2.2 機械應力524
16.2.3 電應力525
16.2.4 故障分析技術525
16.3 加速測試527
16.3.1 加速環境測試528
16.3.2 靜電荷釋放加速測試530
16.3.3 其他加速測試531
16.3.4 測試結構532
16.4 可靠性衡量532
16.4.1 失效率、MTBF和FIT532
16.4.2 可靠性函式533
16.4.3 Weibull分布537
16.4.4 常態分配540
16.4.5 失效分布圖和浴盆曲線542
16.5 微電子系統的失效統計542
16.5.1 複合式失效模式組件的失效預測544
16.6 微電子學的可靠性科學在工業中的套用545
參考文獻545
習題545
第17章 成本評估和分析551
17.1 概述551
17.2 產品成本551
17.2.1 直接成本551
17.2.2 間接成本552
17.2.3 傳統的基於批量的成本估算552
17.2.4 基於活動的成本估算553
17.3 盈虧平衡分析555
17.3.1 線性均衡分析555
17.3.2 分段線性均衡分析557
17.4 學習曲線關係557
17.4.1 確定提升速率的指數值558
17.4.2 學習曲線實例559
17.5 預測模型560
17.5.1 方均差（MSE）562
17.5.2 均值絕對差（MAD）562
17.5.3 均值百分比誤差（MPE）562
17.5.4 均值絕對百分比誤差（MAPE）562
17.5.5 移動平均563
17.5.6 基於歷史數據的預測銷售564
17.5.7 指數平滑565
17.5.8 最小二乘回歸570
17.6 比較分析571
17.6.1 資金項目選擇和評估572
17.6.2 替代分析573
17.7 靈敏度分析574
17.7.1 單參數靈敏度分析575
17.7.2 樂觀?悲觀靈敏度分析575
17.8 小結577
參考文獻577
習題578
第18章 材料特性的分析技術581
18.1 概述581
18.2 X光衍射582
18.2.1 綜述582
18.2.2 基本原理583
18.2.3 檢測儀器584
18.2.4 實際中的考慮因素和套用585
18.3 拉曼光譜學588
18.3.1 綜述588
18.3.2 基本原理588
18.3.3 檢測儀器589
18.3.4 實際中的考慮因素和套用589
18.4 掃描探測顯微鏡592
18.4.1 綜述592
18.4.2 STM原理和檢測方法593
18.4.3 SFM原理和檢測方法593
18.4.4 實際中的考慮因素和套用594
18.5 掃描電子顯微鏡和能量散射X光分光鏡596
18.5.1 綜述596
18.5.2 基本原理597
18.5.3 檢測儀器597
18.5.4 實際中的考慮因素和套用599
18.6 共焦顯微鏡600
18.6.1 綜述601
18.6.2 基本原理601
18.6.3 檢測儀器601
18.6.4 實際中的考慮因素和套用602
18.7 Auger電子光譜學603
18.7.1 綜述603
18.7.2 基本原理603
18.7.3 檢測儀器607
18.7.4 實際中的考慮因素和套用609
18.8 X光光電子光譜學613
18.8.1 綜述614
18.8.2 基本原理614
18.8.3 檢測儀器616
18.8.4 實際中的考慮因素和套用617
18.9 二次離子質量光譜學621
18.9.1 綜述621
18.9.2 基本原理621
18.9.3 檢測儀器624
18.9.4 實際中的考慮因素和套用628
參考文獻631
習題635
