定 價:129 元
叢書名:半導(dǎo)體與集成電路關(guān)鍵技術(shù)叢書
- 作者:趙鶴然
- 出版時間:2022/4/1
- ISBN:9787111701224
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TN405
- 頁碼:
- 紙張:純質(zhì)紙
- 版次:
- 開本:16開
本書應(yīng)用理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并重,共分為五章。第1章概括介紹了集成電路高可靠封裝體系框架;之后四章詳細(xì)講解了劃片、粘片、引線鍵合和密封四大工序,每章都介紹相應(yīng)工序的基本概念,并將該工序的重點(diǎn)內(nèi)容、行業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)、常見的失效問題及產(chǎn)生機(jī)理,按照小節(jié)逐一展開。本書內(nèi)容齊全,凝聚了多年的科研成果,更吸收了國內(nèi)外相關(guān)科研工作者的智慧結(jié)晶,是目前關(guān)于集成電路高可靠封裝技術(shù)前沿、詳盡、實(shí)用的圖書。
本書可作為電子封裝工藝、技術(shù)和工程領(lǐng)域科研人員、高校師生及企業(yè)等相關(guān)單位科技工作者的重要參考書。
作者團(tuán)隊(duì)長期從事封裝工藝技術(shù)研究、集成電路可靠性研究、失效分析、封裝抗輻射加固技術(shù)研究和制造等工作。
對于高可靠集成電路,本書的內(nèi)容既關(guān)注封測各工藝環(huán)節(jié)和檢測技術(shù)的新近成果,又關(guān)注技術(shù)落地實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),對國內(nèi)相關(guān)研究有一定的參考價值。也希望本書可以助力我國芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展和逐步成熟。
前 言
中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所(下面簡稱47所),始建于1958年,是從事集成電路、分立器件、微系統(tǒng)模塊研制和生產(chǎn)的國家一類研究所,擁有設(shè)計(jì)、封裝、測試、檢驗(yàn)技術(shù)與能力。從我國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”上的晶體管,到國內(nèi)第一個集成電路國防科技一等獎,47所人經(jīng)過60余年在集成電路和分立器件領(lǐng)域的專注耕耘,積累了集成電路和分立器件設(shè)計(jì)、封裝、測試等方面的許多經(jīng)驗(yàn),特別是在集成電路高可靠封裝技術(shù)上形成了系統(tǒng)的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為國防工業(yè)和微電子領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)。
電子封裝技術(shù)是一門新興的交叉學(xué)科,涉及機(jī)械、焊接、材料、電氣、化工等多個領(lǐng)域。做好集成電路的封裝,不僅高度依賴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、組裝制造、仿真分析、可靠性評價、失效分析等實(shí)用工藝與方法,更對基礎(chǔ)理論和基本原理等最本質(zhì)、最核心的規(guī)律和機(jī)理的掌握有很高的要求。本書應(yīng)用理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并重,詳細(xì)講解劃片、粘片、引線鍵合和密封高可靠電子封裝四大工序,不僅凝聚了47所人多年來深耕工藝的科研成果,更是在閱讀了近2000篇國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)<业奈墨I(xiàn)和著作基礎(chǔ)上編寫而成,吸收了行業(yè)內(nèi)科研工作者的智慧結(jié)晶,并對所引用圖、表進(jìn)行了重繪,是目前國內(nèi)介紹集成電路高可靠封裝技術(shù)較為詳盡、實(shí)用的一本書,可作為電子封裝工藝、技術(shù)和工程領(lǐng)域科研人員、高校師生以及企業(yè)等相關(guān)單位科技工作者的重要參考書。全書共分為五章。第1章從總體上概括介紹了集成電路高可靠封裝體系框架,介紹了高可靠封裝領(lǐng)域的基本概念、電子封裝發(fā)展歷程、主要的封裝外殼形式、國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)等。第2章介紹封裝第一道工序———劃片:先對劃片工藝進(jìn)行概述,重點(diǎn)介紹了劃片刀的原理,討論了劃片崩邊、分層的現(xiàn)象和影響因素,之后進(jìn)一步介紹了激光劃片方法以及未來劃片技術(shù)的挑戰(zhàn)。第3章介紹封裝第二道工序———粘片:首先對粘片工序進(jìn)行了概述,之后進(jìn)一步從膠黏劑粘片和焊接芯片兩個方面展開介紹。在膠黏劑粘片方面,介紹了導(dǎo)熱膠粘接原理及主要失效因素;在焊接方面,介紹了潤濕等焊接原理及焊接空洞等熱點(diǎn)問題。第4章介紹封裝第三道工序———引線鍵合:首先對鍵合工序進(jìn)行了概述,之后從金絲鍵合和鋁絲鍵合兩方面分別介紹了兩種主要的鍵合工藝及其質(zhì)量評價方法,最后從金鋁鍵合、焊盤起皮和熱影響區(qū)三個行業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)問題分別開展了介紹和論述。第5章介紹封裝第四道工序———密封:分別對金錫熔封、平行縫焊、儲能焊和玻璃熔封四種密封方式展開介紹,指出了每種密封方式的優(yōu)缺點(diǎn)、主要工藝過程、常見失效問題,分析了發(fā)生問題的原因,并提出了解決措施。最后,介紹了與密封工序相關(guān)的檢測方法和仿真方法,包括封裝熱阻、氣密性檢測、X射線照相檢測、水汽含量檢測等。
全體編委在本書編寫過程中付出了辛勤汗水,共同完成了本書的編寫工作。華中科技大學(xué)陳明祥教授,為本書的撰寫提出了大量非常寶貴的基礎(chǔ)理論方面的意見。中國電科3所范茂軍、航天科技513所劉國權(quán)、中國工程物理研究院電子工程研究所陳瑋瑋、航空601所倪敏杰、兵器工業(yè)248廠曹雙喜、中船703所王元龍、中科院金屬所曹麗華、兵器工業(yè)214所盛健等專家給本書的編寫貢獻(xiàn)了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
由于編者水平有限,在編寫本書的過程中難免存在錯誤和疏漏,敬請讀者批評指正,對不完善的部分加以補(bǔ)充。期待通過不斷完善,持續(xù)改進(jìn),共同提高。如有好的意見和建議,請發(fā)郵件到郵箱276012341@qq.com。
編 者
主編趙鶴然,在電子封裝領(lǐng)域工作十余年;長期從事封裝工藝技術(shù)研究、集成電路可靠性研究、失效分析、封裝抗輻射加固技術(shù)研究等工作;作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,主持項(xiàng)目兩項(xiàng);作為封裝負(fù)責(zé)人,參與科研、生產(chǎn)項(xiàng)目10余項(xiàng);被中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所評為2019年度優(yōu)秀青年人才,2020年度優(yōu)秀科技人才。
前言
第1章 概述 1
1.1 關(guān)鍵術(shù)語及含義 1
1.1.1 可靠性 1
1.1.2 高可靠 2
1.1.3 陶瓷封裝 2
1.1.4 潔凈室 2
1.1.5 質(zhì)量等級 3
1.1.6 輻照加固保證(RHA) 3
1.1.7 二次篩選 3
1.1.8 失效分析(FA) 3
1.1.9 破壞性物理分析(DPA) 5
1.1.10 質(zhì)量體系 6
1.1.11 統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC) 6
1.2 電子封裝技術(shù)的發(fā)展 6
1.2.1 摩爾定律 6
1.2.2 集成電路和混合電路 8
1.2.3 高可靠封裝類型 8
1.2.4 金屬封裝類型 10
1.2.5 封裝外形圖及標(biāo)注 11
1.3 封裝工藝及檢驗(yàn) 12
1.3.1 高可靠封裝 12
1.3.2 檢驗(yàn) 12
1.3.3 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 13
1.3.4 美國標(biāo)準(zhǔn) 14
參考文獻(xiàn) 15
第2章 劃片 16
2.1 劃片工藝概述 16
2.1.1 劃片工藝介紹 16
2.1.2 劃片方式 17
2.1.3 劃片工藝步驟 19
2.1.4 機(jī)遇與挑戰(zhàn) 22
2.2 劃片刀及原理 23
2.2.1 劃片刀組成 23
2.2.2 劃片刀結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 23
2.2.3 劃片刀切割機(jī)理 25
2.2.4 刀刃與線寬 26
2.2.5 刀片磨損 26
2.3 崩邊、分層及影響因素 28
2.3.1 正面崩邊 28
2.3.2 背面崩邊 30
2.3.3 劃片刀選型 32
2.3.4 砂輪轉(zhuǎn)速 32
2.3.5 藍(lán)膜粘接強(qiáng)度 32
2.3.6 晶圓厚度 33
2.3.7 冷卻水添加劑 33
2.3.8 劃片參數(shù) 34
2.4 激光切割 34
2.4.1 激光切割的優(yōu)勢 34
2.4.2 紫外激光劃片 35
2.4.3 激光隱形劃片 37
2.4.4 微水刀激光 38
2.5 劃片工藝面對的挑戰(zhàn) 38
2.5.1 超薄晶圓 38
2.5.2 低k介質(zhì)晶圓 39
2.5.3 砷化鎵 40
2.5.4 碳化硅 42
參考文獻(xiàn) 43
第3章 粘片 45
3.1 粘片工藝概述 45
3.1.1 粘片工藝介紹 45
3.1.2 粘片工藝的選擇 46
3.1.3 粘片質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)———剪切強(qiáng)度 46
3.1.4 粘片質(zhì)量指標(biāo)———空洞率 47
3.2 導(dǎo)熱膠粘片 47
3.2.1 粘接原理 47
3.2.2 導(dǎo)電膠的固化 48
3.2.3 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 48
3.3 導(dǎo)電膠的特性 49
3.3.1 導(dǎo)電膠的組成 49
3.3.2 導(dǎo)電膠的導(dǎo)電原理 49
3.3.3 各向異性導(dǎo)電膠 49
3.3.4 導(dǎo)電性與粘接強(qiáng)度 50
3.3.5 水汽與導(dǎo)電性 51
3.3.6 固化溫度與導(dǎo)電性 51
3.3.7 銀遷移 53
3.4 粘接可靠性的失效模式與影響分析(FMEA) 53
3.4.1 FMEA 53
3.4.2 芯片粘接失效模式統(tǒng)計(jì) 54
3.4.3 芯片粘接FMEA表格的建立 55
3.5 導(dǎo)熱膠的失效 56
3.5.1 吸濕與氧化腐蝕 56
3.5.2 裂紋和分層 56
3.5.3 蠕變 57
3.5.4 溢出膠量與應(yīng)力 57
3.5.5 膠層厚度與應(yīng)力 58
3.5.6 不良應(yīng)力與導(dǎo)熱膠粘接失效 59
3.5.7 保存與使用失效 59
3.6 芯片的堆疊與應(yīng)力 60
3.6.1 多芯片堆疊 60
3.6.2 多層芯片堆疊應(yīng)力集中 61
3.6.3 芯片的裂紋 62
3.6.4 爬膠與膠膜 62
3.7 焊接的基本概念 63
3.7.1 潤濕 63
3.7.2 鋪展 64
3.7.3 填縫 65
3.7.4 釬焊 65
3.7.5 軟焊料 66
3.7.6 界面金屬間化合物(IMC) 66
3.7.7 共晶 66
3.7.8 固溶體 67
3.7.9 相圖 68
3.8 芯片焊接工藝 68
3.8.1 芯片焊接 68
3.8.2 共晶摩擦粘片 68
3.8.3 燒結(jié)粘片 68
3.8.4 多溫度梯度粘片 68
3.9 典型焊料相圖與性質(zhì) 70
3.9.1 Sn-Pb合金 70
3.9.2 Au-Sn合金 71
3.9.3 Au-Si合金 72
3.9.4 Au-Ge合金 73
3.10 真空燒結(jié)粘片 73
3.10.1 真空燒結(jié)的含義 73
3.10.2 燒結(jié)溫度曲線 74
3.10.3 焊料熔融時間 75
3.10.4 燒結(jié)過程中的氣氛 76
3.10.5 燒結(jié)過程中的還原氣體 78
3.10.6 燒結(jié)過程中的焊接壓力 79
3.11 芯片焊接失效模式 81
3.11.1 失效模式分析 81
3.11.2 芯片脫落失效原因及采取措施 82
3.11.3 粘接空洞失效原因及采取措施 82
3.11.4 內(nèi)部氣氛不合格原因及采取措施 83
3.12 焊接空洞 83
3.12.1 焊接空洞的標(biāo)準(zhǔn) 83
3.12.2 氧化對空洞的影響 84
3.12.3 助焊劑選型與空洞 84
3.12.4 焊接工藝與空洞率 84
3.12.5 真空度與焊接空洞 85
參考文獻(xiàn) 86
第