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电子封装、微机电与微系统

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  • 作 者:田文超
  • 书代号:299200
  • I S B N:978-7-5606-2700-7
  • 出版日期:2012-01
  • 印刷日期:2012-01
  • 业务分类:研究生;本科;
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内容简介
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本书分三篇,共13章。第一篇详细地介绍了电子封装技术的概念,封装的主要形式、材料、主要工艺、可靠性、电气连接以及封装面临的挑战,从机械振动冲击、热力膨胀、电压电流过冲、信号完整性、电源完整性、电磁辐射、化学腐蚀等方面,重点阐述了封装失效机理和失效模式,同时介绍了MCM、硅通孔技术、叠层技术、无铅焊技术的发展。第二篇系统地介绍了微机电技术的概念和应用领域、封装特点、封装形式,从气体运动的压膜、滑膜模型出发,重点分析了影响微机电特性的气膜阻尼问题,同时阐述了压力传感器、加速度计、射频开关、风传感器等典型微机电器件的封装方法。第三篇基于前两篇的基础,系统地讲述了电子封装技术的发展趋势——SOC、SIP和微系统,利用大量图片、实例,阐述了电子封装的发展及其面临的问题,介绍了多功能芯片、多类型芯片集成时采用的低功耗、可测性等技术。

本书可供高年级本科生和研究生使用,也可作为相关工程技术人员及科技管理人员的参考书。

当今世界已经进入信息化时代,信息化程度的高低已成为衡量一个国家综合国力的重要标志。微电子技术是发展电子信息产业和各项高新技术的基础。微电子工业领域的两大关键性技术分别是芯片制造和电子封装。微电子技术的发展与电子封装技术的进步是分不开的,芯片需依靠封装来实现与外界的连接和信号交换,因此封装技术是芯片功能得以实现的重要技术。

电子封装技术是在保证可靠性的前提下,以提高传输速度、有效扩散热量、增加IO端口数、减少器件尺寸和降低生产成本为目的的综合技术。电子封装技术除涉及芯片设计、芯片制造等半导体器件领域外,还包括芯片载体、电子元器件组装、互连等技术,是一门由电路、工艺、结构、元件、材料紧密结合的多学科交叉的工程学科,涉及微电子、物理、化学、机械、材料、可靠性等多个研究领域。

按照摩尔定律的预测,在不断追求电子元器件的高集成度、高密度的同时,带来了新的问题,即高功率、高热量、超多传输线、寄生效应、高热应力、强辐射、串扰过冲等机、电、热、磁及其相互耦合问题。尤其是无铅焊料的要求,对封装提出了新的挑战。随着电子元器件集成度的提高,封装成本所占总成本的比例快速增长。

微机电(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)是以微细加工技术为基础,将微传感器、微执行器和电子线路、微能源等有机组合在一起的微机电器件、装置或系统。微机电既可以根据电路信号的指令控制执行元件,实现机械驱动,也可以利用传感器探测或接收外部信号。传感器将转换后的信号经电路处理后,再由执行器转换为机械信号,完成命令的执行。可以说,微机电技术是一种获取、处理和执行操作的集成技术。

尽管微机电产品市场不断增长,前景令人鼓舞,但是微机电的产业化却没有如人们所期待的那样迅速到来,大量的微机电产品还只是美好的设想,或者停留在实验室研究阶段。微机电产品构想陷入了困境,甚至以失败告终,主要原因之一是没有找到有效且合适的封装方法。

随着半导体工艺技术的发展,集成电路设计者能够将愈来愈复杂的功能集成到单晶硅片上,SOC(System-On-Chip)正是在集成电路向集成系统转变的大趋势下产生的。相对于SOC封装技术,SIP(System-In-Package)系统包括有源器件、无源器件和分离器件,它利用封装工艺将多芯片集成在一起,以实现多种功能。微系统技术将微电子器件、光电子器件和微机电器件集成在一起,并且利用异类器件,通过三维封装技术,形成具有更高集成度、更强功能芯片级的微小型电子系统。异类器件的三维封装对封装技术提出了新的挑战,它是多功能元器件微型化发展的必然结果,同时又是下一场电子封装革命所必须面临的问题。

截至目前为止,市面上很少有综合描述电子封装中的机、电、热、磁及其相互耦合的书籍,鉴于此,作者编著了本书。

本书从封装概念出发,由浅入深,分别介绍电子封装技术、MEMS封装和微系统技术三大内容。全书共三篇13章。

第一篇为电子封装技术,共7章。

第一章首先介绍封装的定义,其次介绍封装的内容、层次和功能,最后介绍封装技术的历史和发展趋势。

第二章首先介绍封装的主要形式,包括DIP(双列直插式封装)、SOP(小外形封装)、PGA(针栅阵列插入式封装)、QFP(四边引线扁平封装)、BGA(球栅阵列封装)、CSP(芯片级封装)、3D封装和MCM封装,最后介绍了封装的发展趋势。

第三章介绍封装的主要材料,包括陶瓷、金属、塑料、复合材料、焊接材料和基板材料。

第四章介绍封装工艺,包括薄膜技术、厚膜技术、基板技术、钎焊技术、薄膜覆盖封装技术、金属柱互连技术、通孔互连技术、倒装芯片技术、压接封装技术、引线键合技术、载带自动焊技术、倒装芯片键合技术和电连接技术。

第五章介绍封装的可靠性,包括可靠性概念、封装失效机理、电迁移、失效分析的简单流程、焊点的可靠性、水气失效和加速试验。

第六章介绍封装电气连接,包括信号完整性(SI)、电源完整性(PI)、反射噪声、串扰噪声、电源-地噪声和无源器件。

第七章介绍电子封装面临的主要挑战,包括无铅焊接、信号完整性、高效冷却技术、高密度集成化、电磁干扰、封装结构、键合焊接和高密度多层基板。

第二篇为MEMS封装,共3章。

第八章介绍MEMS的概念、特点、应用以及MEMS技术与IC技术的差别。

第九章介绍MEMS的封装技术,包括MEMS封装的基本类型、特点、功能、形式、方法、工艺、层次、气密性和真空度以及阻尼特性,最后介绍了MEMS封装面临的挑战。

第十章介绍几种典型MEMS器件的封装,包括压力传感器封装,加速度计的单芯片封装、圆片级封装、BCB圆片级封装,RF MEMS开关封装和风传感器封装。

第三篇为微系统,共3章。

第十一章介绍SOC技术,包括SOC技术的基本概念和特点、优缺点、关键技术以及国内外SOC现状、发展策略,最后阐述SOC技术面临的挑战和发展方向。

第十二章介绍SIP技术,包括SIP的概念、技术特性、SOC技术与SIP技术的关系、SIP技术现状、SIP工艺、技术进展,最后阐述SIP技术的应用。

第十三章在SIP和SOC技术的基础上,介绍微系统,包括微系统的概念、特点以及关键技术。

在编写本书的过程中,得到了杨银堂教授和贾建援教授的指导和帮助,在此对两位教授在百忙之中给予的支持和帮助表示衷心的感谢!同时还感谢山磊硕士和王文龙硕士在本书图片处理、校对等工作中给予的帮助。最后感谢西安电子科技大学出版社的大力支持。

由于作者水平有限,且微机电封装技术和微系统技术的研究尚处于发展阶段,理论和工艺等仍欠成熟,书中不足之处在所难免,恳请广大读者不吝指正。

编著者

2011年9月

  • 【课件教案】电子封装、微机电与微系统(田文超)1-6.zipPC下载
  • 【课件教案】电子封装、微机电与微系统(田文超)7-13.zipPC下载

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