具体描述
表面组装技术基础，ISBN：9787118026696，作者：吴兆华 周德俭
电子制造工艺的深度探索：从材料到可靠性的系统化研究 本书简介 本书旨在为电子工程、材料科学以及相关领域的研究人员、工程师和技术人员提供一个全面而深入的视角，探讨现代电子产品制造过程中至关重要的基础科学原理、先进工艺技术以及贯穿始终的质量与可靠性保证体系。本书的焦点将完全聚焦于非表面组装技术相关的核心领域，深入剖析那些在现代电子制造体系中扮演关键角色的、与传统SMT（表面组装技术）流程并存或互补的制造环节。 本书内容结构严谨，从最基础的互连材料科学入手，逐步过渡到具体的封装与集成技术，最后落脚于系统级测试与环境适应性。我们摒弃了对SMT贴装、回流焊接等标准流程的讨论，转而聚焦于更具挑战性、对器件性能和长期寿命产生决定性影响的制造领域。 --- 第一部分：先进互连技术与材料科学基础 (Interconnection Science and Materials) 本部分将深入探讨电子系统内部或外部连接的非贴片式解决方案及其背后的材料学基础。 第一章：引线键合（Wire Bonding）的物理化学基础与工艺控制 本章详述了微电子封装领域中至关重要的引线键合工艺。内容涵盖金丝、铜丝和铝丝在不同基底材料（如硅片、陶瓷、聚合物）上的润湿性、界面反应动力学。重点分析： 超声波作用机制： 键合过程中声能如何传递并引发金属间的塑性变形和冷焊（Cold Welding）。详细阐述键合力、时间、功率参数对键合点冶金结构的影响。 热循环与蠕变： 探讨键合线在温度变化下产生的应力与应变，以及随时间推移发生的金属蠕变现象，如何导致键合失效。 封装材料的兼容性： 讨论键合区周围的塑封料（EMC）或环氧树脂在固化过程中对键合点的影响，特别是酸性/碱性残留物对金属线的腐蚀机理。 第二章：倒装芯片技术（Flip-Chip Technology）的基底与凸点形成 与表面组装的直接焊接不同，本书将重点解析倒装芯片的凸点（Bump）结构设计和再布线层（RDL）的制造。 凸点材料学： 深入研究锡铅、无铅焊料（Sn-Ag-Cu）以及贵金属（金柱、铜柱）凸点的电镀生长过程、晶粒结构控制及其对热机械性能的优化。 共面性（Coplanarity）与再分配层： 探讨如何通过先进的半导体工艺（如光刻、电镀）制造出精密的、多层级的再布线结构，实现芯片 I/O 焊盘到互连凸点的精确转化。 非焊接连接： 分析使用导电胶（ACA/ACP）进行倒装芯片连接的化学固化过程、粘接强度机理及介电性能。 第三章：先进封装基板的制造工艺 本章聚焦于支撑芯片的载板，区别于标准的 PCB 制造流程，侧重于高密度互连（HDI）和系统级封装（SiP）所需的复杂基板技术。 积层法（Build-up Process）： 详细介绍激光钻孔、盲/埋孔的形成技术（如激光烧蚀、电化学沉积），以及低介电常数（Low-k）材料在多层布线中的应用。 有机封装基板（Organic Substrate）的翘曲控制： 探讨不同介质层（如环氧树脂、聚酰亚胺）的热膨胀系数（CTE）失配如何导致基板在制造和使用过程中发生翘曲，并介绍应力平衡设计。 --- 第二部分：系统级集成与先进封装技术 (System Integration and Advanced Packaging) 本部分将主题转向将多个功能模块（Die）集成在一起，实现系统功能，重点关注垂直堆叠和先进的封装形态。 第四章：三维集成（3D Integration）与晶圆级封装（WLP） 本章系统阐述超越传统二维布局的集成方法，这对提升计算性能和减小体积至关重要。 晶圆键合（Wafer Bonding）： 深入分析直接键合（Direct Bonding）、共晶键合（Eutectic Bonding）和混合键合（Hybrid Bonding）的机理，特别是表面能、表面活性处理（Surface Activation）在实现纳米级平坦度和高精度对准中的作用。 硅通孔（Through-Silicon Vias, TSVs）的制造与填充： 详细介绍 TSV 的深孔刻蚀技术（如 Bosch 工艺）、绝缘层的沉积，以及高纵横比结构中空隙的无缺陷填充技术（如电镀铜填充）。 扇出式晶圆级封装（Fan-Out WLP）： 介绍重构晶圆（Reconstitution Wafer）的制作流程，以及如何通过模压或涂覆技术实现芯片的再布线，形成比传统 WLP 更大的 I/O 密度。 第五章：散热管理与热阻的精确量化 在密集集成环境下，热量管理成为决定可靠性的关键因素。本章聚焦于热界面材料（TIM）和热传导路径的优化。 热界面材料（TIM）的特性： 对比导热垫片、导热膏、相变材料（PCM）的导热机理、粘附性及长期稳定性。重点分析 TIM 在高压（面压）下的流变学行为及其对界面空隙率的影响。 热路径分析： 探讨如何利用有限元分析（FEA）模拟芯片到散热器的热阻链，并介绍使用高导热材料（如石墨片、金属基复合材料）来构建高效的散热结构。 --- 第三部分：可靠性保证与无损检测 (Reliability Assurance and Non-Destructive Testing) 本部分强调在制造过程的每个阶段，如何通过严格的检测和测试来确保电子系统的长期功能性。 第六章：电子封装的机械与热应力分析 本章侧重于预测和避免因制造过程（如固化、回流）和使用环境（温度循环、振动）导致的结构性失效。 疲劳寿命预测模型： 介绍 Coffin-Manson 关系在预测焊点和键合线疲劳寿命中的应用，以及如何整合材料的粘弹性行为。 振动与冲击可靠性： 探讨 PCB 组装件在不同载荷下的模态分析，以及如何通过优化固定结构和连接点的几何形状来提高抗机械失效能力。 第七章：先进的无损检测技术（NDT） 本章将详细介绍用于评估内部连接质量和结构完整性的关键检测手段，这些手段独立于传统的目视或功能测试。 X射线层析成像（CT Scanning）： 深入探讨高分辨率 X 射线 CT 如何用于三维重建内部结构，精确测量空洞率（Voiding）、焊点内部的裂纹扩展以及 TSV 内部的填充缺陷。分析不同能量和对比度设置对识别不同材料（如塑料、铜、焊料）的优化。 超声波检测（UT）： 阐述声阻抗匹配原理，及其在检测材料界面分离、分层（Delamination）以及检测非金属材料内部缺陷（如环氧树脂固化不完全）方面的应用。 扫描声学显微镜（SAM）与热成像： 结合使用这些技术，建立缺陷的“指纹图谱”，用于快速定位和诊断封装体内的早期失效迹象。 通过对上述七个核心章节的深入剖析，本书为读者构建了一个关于高可靠性、高密度电子制造的知识体系框架，全面涵盖了从微米级互连到系统级集成的关键技术领域，而无需依赖于对标准表面组装流程的讨论。
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