《电子封装材料与工艺》简介

第一章 集成电路芯片的发展与制造

第二章 塑料、橡胶和复合材料

第三章 陶瓷和玻璃

第四章 金属

第五章 电子封装与组装的软钎焊技术

第六章 电镀和沉积金属涂层

第七章 印制电路板的制造

第八章 混合微电路与多芯片模块的材料与工艺

第九章 电子组件中的粘接剂、下填料和涂层

第十章 热管理材料及系统

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前言及序言（点击链接查看之）———————————1
第一章  集成电路芯片的发展与制造————————-2—3
第二章  塑料、橡胶和复合材料——————————4—8
第三章  陶瓷和玻璃——————————————9—12
第四章  金属 ———————————————–13—17
第五章  电子封装与组装的软钎焊技术———————-18—27
第六章  电镀和沉积金属涂层——————————–28—30
第七章  印制电路板的制造———————————-31—36
第八章  混合微电路与多芯片模块的材料与工艺————-37—45
第九章  电子组件中的粘接剂、 下填料和涂层—————46—49
第十章  热管理材料及系统———————————-50—54
个人感慨———————————————————54
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   公司最近研发中心及营销中心都在搬迁，大概有近一个月没有学习了，惭愧惭愧，尤其是这最后一章的学习笔记的内容拖到了今天，呵呵，不过总算完成了！
1、任何电气器件及电路都不可避免地伴随有热量的产生，要提高电子产品的可靠性以及电性能，就必须使热量的产生达到最小程度，要管理这些热量就需要了解有关热力学的知识并深入掌握相关的材料知识：
a.温度对电路工作的影响：升高一个有源器件的温度通常会改变它的电学参数，如增益、漏电流、失调电压、阀电压和正向压降等等；改变无源元件的温度通常会改变它们的数值；所以设计人员需要对元器件进行热模拟和电模拟；
b.温度对物理结构的影响：温度膨胀系数TCE和热膨胀系数CTE；

2、热管理基础：
a.热力学第二定律：热总是自发地从较热的区域流向较冷的区域；
b.传热机理：传导、对流和辐射；
■热传导是通过固体、液体和气体或两个紧密接触的介质之间流动的过程；
■对流是两个表面间由于流速不同而导致的热能传输；
■辐射式通过电磁辐射传热的，主要发生在红外波段（0.1~100um）；温度为0K以上的所有物体都会发生热辐射；温度辐射体可分为： 黑体（灰体和选择性辐射体）和非黑体；

3、封装概述：基于以下四个原因需要封装半导体：为半导体提供机械支撑、为半导体提供下一级封装的互连、为半导体提供环境的保护、为半导体产生的热量提供一种耗散途径；常见的封装有单芯片封装（SCP）、多芯片模组（MCM）、系统级封装（SIP）、多个芯片封装（FCP）以及板级封装； 全文 »

1、粘接剂在高密度表面安装组件的制造中发挥着重要的作用，粘接剂在芯片键合和表面组装点胶工艺中用来固定元器件，形成导电或导热连接，在倒装芯片和CSP的下填料工艺中科提高可靠性，甚至在组装完成后可以用保形涂层保护整个元器件。在选择某种用途所使用的粘接剂体系时，首先考察未固化材料的性能，其次是粘接剂加工、调配和涂覆的方法，第三是最终固化材料的性能（也是最重要的）；

2、粘接剂的流变性能：
a.相关定义：  应力=τ=力/面积(单位为N/m2=Pa)  剪切速率=D=速度/厚度（单位为1/s）  黏度=τ/D（单位为Pa•s），水的粘度约为1mPa•s，空气的粘度约为0.01 mPa•s；
b.流变响应和行为：牛顿流体和非牛顿流体（剪切变稀或假塑性、剪切变稠）；与时间有关的变稀行为称作触变，如果在恒定的剪切速率下一种材料的粘度随时间而降低，那么这种材料被称作触变材料；
c.流变的测量：
■布氏粘度测量法（对于非牛顿流体的任何布氏粘度测量都不是一个绝对值，它只是一个相对数值，并取决于所使用的特定转轴、转轴转速和所花费的时间；
■锥板（Haake）流变分析：剪切速率和粘度都是精确确定的、使用的试样量极小、试样的温度精确控制在几分钟内就可以达到温度平衡、剪切速率的范围很宽且能得到连续的“谱”、利用锥板系统能够完成许多复杂的测量；
■屈服点的测量：常用测量屈服点的数学模型有牛顿模型、Bingham模型、Herschel Bulkley模型、Ostwald模型和Casson模型。屈服点的值很大程度上依赖于测试条件，因此一种材料的屈服点并非是一个绝对的数值，重要的是应该在完全相同的实验条件下比较不同材料屈服点的大小；

3、粘接剂体系的固化及固化后的重要性能：
a.对于高密度电子器件组装所使用的材料来说，最常用的是热固化、紫外线固化、室温固化（RTV）和催化（双组分）固化，而固化的程度和速度一般用差示扫描量热法DSC来测量；
b.玻璃化转变温度：是指粘接剂从玻璃态转变为“高弹态”的温度，经过Tg时CTE通常有明显的增加，如果Tg在组件的工作温度以内（或附近）将会对组件的可靠性有不良影响，常用测量Tg的方法有：差示扫描量热法DSC、热机械分析TMA和动态热机械分析DMA上述方法对于同样的材料也会得到不同的数据；
c.热膨胀系数：是温度每升高1℃时测量尺寸（一般是厚度方向）变化的分数，对于微电子包封料，一般用ppm/℃来表示；此参数对微电子封装材料是一个关键指标；
d.杨氏模量：表征在拉伸和压缩状态下材料的弹性性质，与样品的几何尺寸无关，模量越小材料的弹性越大，低模量的材料可认为是弹性非常好的，在断裂前可吸收更多应力， 模量的单位是N/cm2； 全文 »

1、混合电路的基础是由某种耐熔陶瓷制造的基板，在基板上，通过某种膜技术制作金属化图形以形成安装焊盘和电路布线，并用来键合合互连必要的有源器件和无源器件，混合电路技术的另一个特点是能够制造无源元件；多芯片模组（MCM）与混合电路密切相关，它采用了更广泛的基板材料和金属化工艺，从而可以获得高得多的封装密度；

2、混合电路用陶瓷基板：
a.对电子应用来说，基板所需要的性能包括：
■高电阻率，基板必须具有很高的电阻率以隔离相邻的电路；
■高热导率，有助于使正常工作的电子元器件所产生的热从元器件中传导出去；
■耐高温，用于基板金属化和元器件组装的很多工艺都是在高温下进行的；
■耐化学腐蚀，溶剂、焊剂等类似材料都是有侵蚀性的，一定不想能腐蚀基板的化学结构；
■成本，基板材料的成本必须与最终产品的成本相适应；
b.陶瓷基板的性能非常适用于很多微电子系统，陶瓷就其本质来说是带有非常少自由电子的晶体，他们具有很高的电阻、热学和化学性能稳定，并具有很高的熔点。陶瓷的主要键合机理是离子键，也可能存在某种程度上的共价键；
c.陶瓷的表面性能：表面粗糙度和挠曲度；
d.陶瓷材料的热性能：
■热导率：材料的热导率是其载热能力的度量，其定义为q=-k（dT/dx），其中k为热导率W/(m•℃)，q为热流量W/m2，dT/dx为稳态温度梯度℃/m；
■比热容：即每克物质温度每升高1℃所需的热量，以W•s/（g•℃）为单位，其定义表达式为c=dQ/dT，其中c为比热容，Q为能量W•s，T为绝对温度K；
■热膨胀系数（CTE&TCE）：是由于随温度增加原子间距不对称增加引起的，大多数金属盒陶瓷在有意义的温度范围内显示了一种线性的各向同性的关系，而某些塑料本质上可能是各向异性的。其定义式为：α=[L(T2)-L(T1)]/[L(T1)(T2-T1)]；
e.陶瓷基板的力学性能：
■弹性模量：E=CTE×ΔT，S=EY（胡克定律），其中E为应变，S为应力，Y为弹性模量；
■断裂模量（弯曲强度）：定义式为σ=Mc/I，其中σ为应力MPa，M为最大弯矩N•m，c为中心到外表面的距离m，I为转动惯量N•m2，其中M、c、I等参数根据截面形状各异； 全文 »

1、简介：在一个电子系统的所有部件中，或许没有比印制电路板更重要的了，已经成为几乎所有电子产品和系统的基础。
a.集成电路的概念是Jack Kilby和Robert Noice从印制电路制造方法中借用来的；
b.今天在电路生产中广泛使用的印刷和蚀刻方法可追溯到1913年发明家Arthur Berry提出的方法，另一个值得注意的方法是由Max Schoop构想出来的；
c.Paul Eisler是在众多印制电路技术先驱中值得注意的发明家，自称是印制电路之父；
d.印制电路的方法可分为六个主要类型：涂料法、喷涂法、化学沉积法、真空溅射法、模压法、粉压法；

2、印制电路层压板用材料：.刚性印制电路层压板通常包括三个主要部分：增强层、树脂、代替或催化层；
a.增强层：是层压板的基础，它为层压板提供了重要的力学性能。常见类型有纸（低成本、难防火）、玻璃纤维（E- D- S-玻璃纤维）、其他（石英布、芳香族聚酰胺纤维等）；
b.有机树脂：是层压板的第二个关键部分，树脂作为粘结剂把增强层结合在一起，并提供层压板重要的电性能，常见类型有酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺、其他材料（氰酸酯和双马来酰亚胺三嗪BT）
c.挠性（未增强）板用材料：挠性电路板是印制电路制造中一种特殊类型的。满足特殊需要的层压板。常见类型有聚酯、聚酰亚胺、特殊材料（涂覆树脂铜箔RCC）；
d.金属箔：金属箔常常层压到树脂成分上以形成印制电路制造所需的原材料。可以制造铜箔的方法有机械轧制和沉积，其中沉积的方法又分为电解、化学沉积、气相沉积和溅射，另外导电浆料也是制造印制电路的最古老方法之一；

3、印制电路层压板类型：单层覆铜箔层压板和双面覆铜箔层压板；

4、层压板的选择：主要基于对产品组装和使用上的要求，理想情况下应考虑从标准结构层压板中选择，以避免新结构延误的时间以及可能增加昂贵的鉴定费用；
a.层压板的选择判据如下：热膨胀系数CTE、电性能、耐火性能、弯曲强度、玻璃化转变温度Tg、机加工性、最高连续工作温度、机械强度、总的厚度公差、增强片材、树脂成分、热稳定性； 全文 »

1、电子应用中的电镀涂层用于改善零件的外观、提供对零件表面的保护、改善零件表面的物理或化学性质。元素周期表上的众多元素中，只有16种元素能够用于电镀涂层，相关控制要求是由美国材料试验学会（ASTM）和其他协会、机构及国际标准化组织ISO提供的；

2、电镀槽
a.组成：
■整流器或电源，使电子通过外电路从阳极向阴极运动；
■称之为离子的带点原子，它们在溶液中运载电流；
■称之为阳极的电极是溶液中金属离子的来源，它们提供了内电路的电子，它们与整流器正极相连；
■另外一个电极（镀件）称为阴极，它与整流器负极相连，使之形成了闭合回路；
b.阴极反应：阴极即负电极，它实际是一个被镀零件；
c.阳极反应：在阳极，电子离开金属电极，形成金属离子并进入到溶液中；
d.清洗：一个典型的电镀工艺过程都包含着电镀前零件表面的清洗、漂洗以及活化几个步骤。
e.电流分布：电流密度、电镀液类型以及电镀时间对镀层厚度均产生影响；
f.沉积质量：镀层里面的针孔或孔隙度会降低沉积的质量，可利用脉冲镀、化学添加剂及多层镀的方法降低之；
g.刷镀：镀液直接刷在零件上，而不是将零件浸在镀液中；

3、镀铜：
a.酸性镀铜：酸性的硫酸铜镀液对于制备、操作和废液处理来说都很实用，它们被用作印制电路、电子、半导体、轮转凹版印刷、电铸和装饰制品以及在塑料制品上的镀层；
b.氰化物镀铜：其主要优点是具有良好分散力和覆盖能力，可使轻金属基体材料上镀出具有良好结合力的初始镀层，但氰化物镀液有剧毒，但其安全处理技术已经建立并证明行之有效； 全文 »

1、简介：
a.钎料已成为所有三级连接（芯片、封装和板级组装）的互连材料，此外锡/铅钎料作为表面涂层还广泛应用于元器件引线和PCB的表面镀涂层；
b.表面安装技术：它主要是应用科学与工程原理将元件和器件放置到印制电路板表面上进行板级组装，而不是将它们插入电路板。与通孔插装技术相比，表面组装技术有如下优点：
■提高了电路密度；
■缩小了元器件尺寸；
■缩小了电路板尺寸；
■减轻了质量；
■缩短了引线；
■缩短了互连；
■改善了电性能；
■更适应自动化；
■降低了大规模生产地成本；
c.工业趋势：
■半导体元件：半导体器件一直向着提高可靠性、缩小特征尺寸、增大的晶圆片尺寸发展，今后电子技术的发展可能不只是受到传统的电路材料理论推动，它还可能基于电子和声子，可能还包括光子的迁移率及传导率；
■IC的封装和无源元件：又有已知合格芯片（KGD）在板级组装中一直存在问题，使用封装好的表面安装器件将继续占主流地位（ DIP、PGA、LCCC、PLCC、SOIC、CSP、FQFP、TQFP、BGA）；
■板级组装：配备了能提供多种工艺能力硬件的柔性工艺，便捷生产和基础设备对于将来SMT生产地成功来说都是至关重要的；
d.交叉学科和系统方法：
■最好的科学与技术史结合了四种要素产生的：科学家的责任感、想象力、直觉和创造力；
■浆料技术源于几个学科的交叉：配方技术、流变学、化学与物理、冶金和粉末技术；

2、软钎焊材料： 全文 »

1、金属和合金的选择：
a.金属因其具有各种各样的物理和力学性能而在电子和电气工业中得到广泛的运用，电子设备对材料要求是多方面的，因此在选择金属时要进行多方面的权衡；
b.选材判据：选材要从与力学和物理性能有关的功能要求方面来考虑，可制造性和经济性也总是要考虑的因素；
c.成分：化学成分是金属最常给出的技术指标。它决定了金属基本的力学性能和物理特性，制造方法和热处理将影响这些性质，但是化学成分决定了最基本的特性；
d.产品形式：铸造形式和锻造形式：
■铸造金属：通过把熔融的金属浇入所需要形状的模内而制成；半固态金属加工技术和金属注射成形（MIM）技术是一些新的特殊铸造工艺；
■可锻金属：挤压、拉拔、锻造、轧制
e.强化机理：加工硬化、沉淀硬化、相变硬化；
f.力学性能：交变载荷（疲劳）、持续载荷、温度影响；
g.物理性能：冷加工、热处理、温度
h.制造考虑：可成形性、可机械加工性、连接、可焊接性、硬钎焊、软钎焊；

2、金属及其数据比较：
屈服强度、弹性模量（杨氏模量）、比刚度（弹性模量除以密度）、比强度（强度除以密度）、热导率（银铜金铝）、电阻率、吸热能力

3、铁基合金：铁元素的含量大于或等于50%的合金被称为铁基合金，当然特殊的铁基合金铁含量也可能低于50%，以机械用钢为例可分为：碳素钢、合金钢、高强度低合金钢、超高强度钢、轧制热处理钢、特殊用钢； 全文 »

1、简介：
a.几乎所有的电子市场都能用到玻璃和陶瓷技术，在无线和微波频率范围内，采用低介陶瓷或玻璃基介质的低信号衰减电子数据传输是很常见的；
b.高介电常数的电绝缘陶瓷是蓄能电容器的重要组成部分，占有最大的市场；
c.随着电子工业的发展，铁氧体陶瓷的应用领域不断扩大，包括了电感器、变压器、永磁铁、磁-光器件、机械电子器件以及微波电子器件等；

2、用于微电子的陶瓷互连：陶瓷互连技术在设计灵活性、密度、可靠性方面独具优势，这些陶瓷材料本身固有优点使它成为高密度、高可靠应用的首选材料，陶瓷封装可分为以下几大类：(Si的热膨胀系数为3.5ppm，GaAs的热膨胀系数为7.5ppm)
a.薄膜：陶瓷基板上薄膜金属化的开发主要是利用了陶瓷基板高的电路密度、淀积和蚀刻金属的尺寸精确、高导热率及高机械稳定等特点（常用基板有高纯氧化铝、玻璃、多层陶瓷和磁性陶瓷；薄膜材料有金、银、铜、铝、TaN、Ta2N、NiCr等；淀积方法有蒸发、溅射、电镀、化学气相沉积CVD等。）
b.厚膜：厚膜技术最简单的形式是利用丝网印刷技术在致密的陶瓷基板上淀积金属电路，在金属中添加玻璃和氧化物有助于金属在相对低的温度下（600~950℃）致密化和与基板粘接。（金属，介质、电阻及铁氧体浆料是由有机载体、金属或氧化物粉料及玻璃料组成的）
c.多层封装：多层陶瓷技术允许将多个电路安装在一个单独的气密封装中，这种包含埋置元件的结构，提供了在同一介质中建立带状线和微带线的方法，增加了设计的灵活性；
d.高温共烧陶瓷（HTCC）：流延生瓷带—冲切—冲孔—填充通孔—丝网印刷—叠层/层压—分离成形—共烧—镀镍—钎焊—镀NiAu；
e.低温共烧陶瓷（LTCC）：低温共烧陶瓷技术史以无机材料为基础，用作含有多个密集电路布线及组装电子元器件层的壳体材料，LTCC采用了高温共烧陶瓷和多层厚膜基板的技术和制造工艺，基本流程为下料—通孔成形—通孔填充—电路印刷—形成腔体—叠片—层压—烧结—后加工； 全文 »