微電子封裝超聲鍵閤機理與技術 9787030412140 科學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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韓雷 著

圖書標籤:

• 微電子封裝
• 超聲鍵閤
• 鍵閤機理
• 鍵閤技術
• 半導體封裝
• 電子封裝
• 材料科學
• 精密製造
• 科學齣版社
• 9787030412140

店鋪： 晚鞦畫月圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030412140

商品編碼：29582801435

包裝：精裝

齣版時間：2014-06-01

基本信息

書名：微電子封裝超聲鍵閤機理與技術

定價：150.00元

作者：韓雷

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2014-06-01

ISBN：9787030412140

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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《微電子封裝超聲鍵閤機理與技術》可作為高等院校微電子製造工程專業的研究生參考書，也可供機械、材料、測控技術等領域從事微電子製造研究的科研人員使用和參考。

內容提要

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《微電子封裝超聲鍵閤機理與技術》是作者關於超聲鍵閤機理和技術研究的總結。主要內容包括：微電子製造的發展，超聲鍵閤在封裝互連中的地位、研究現狀、存在問題；換能係統的設計原則、仿真手段和實際使用中的特性測試；對超聲鍵閤微觀實驗現象以及機理的科學認識和推斷；熱超聲倒裝鍵閤工藝的技術研究；鍵閤過程和鍵閤動力學的檢測；疊層芯片互連；銅綫鍵閤、打火成球、引綫成形、超聲電源。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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微電子封裝中的精密焊接技術：先進互連解決方案的探索 在日新月異的微電子産業中，封裝技術扮演著至關重要的角色，它不僅是保護芯片免受外界環境影響的屏障，更是實現芯片之間以及芯片與外部電路之間高效、可靠連接的關鍵。隨著電子器件集成度的不斷提升和性能要求的日益嚴苛，傳統的封裝方式正麵臨著新的挑戰，對連接技術的精密度、可靠性和效率提齣瞭前所未有的要求。在眾多先進互連技術中，超聲鍵閤（Ultrasonic Bonding）以其獨特的優勢，在微電子封裝領域獲得瞭廣泛的應用和深入的研究。 超聲鍵閤：一種非傳統的焊接範式 超聲鍵閤，顧名思義，是一種利用超聲波能量來促進金屬材料之間連接的焊接工藝。與傳統的電阻焊、激光焊等需要熔化材料的焊接方法不同，超聲鍵閤的核心在於利用高頻振動産生的機械能，在相對較低的溫度下，通過材料的塑性變形和原子間的擴散作用，實現牢固的金屬間結閤。這種“固態焊接”的特性，使得超聲鍵閤在處理對高溫敏感的材料和精密器件時，展現齣獨特的優勢。 核心機理：能量的傳遞與轉換 超聲鍵閤的過程，是一個精妙的能量傳遞與轉換的過程。首先，超聲波發生器將電能轉化為高頻的機械振動。這種振動通過超聲換能器和聲學係統，被耦閤到焊頭（也稱為工具頭）。焊頭的設計至關重要，它通常具有特定的形狀和尺寸，用於將超聲能量精確地傳遞到待焊接的工件錶麵。 當焊頭以預設的壓力壓緊被連接的兩個金屬工件（例如，芯片上的引綫鍵閤焊盤與基闆上的連接點，或者兩層金屬箔）時，超聲能量被引入。在高頻振動的驅動下，焊頭在工件錶麵以非常小的幅度、非常高的頻率進行往復運動。這種運動産生以下幾個關鍵效應： 1. 錶麵清潔效應： 振動能夠有效地清除工件錶麵的氧化層、汙垢和其他雜質。這些錶麵汙染物會阻礙金屬原子間的直接接觸，影響焊接強度。超聲振動産生的微觀滑動和摩擦，有助於將這些汙染物“打碎”或“推開”，暴露齣潔淨的金屬錶麵。 2. 塑性變形： 在超聲振動的作用下，金屬工件錶麵的微小區域會發生塑性變形。這種變形使得原本不規則的錶麵變得更加平整，增大瞭實際接觸麵積。同時，塑性變形還會導緻晶格畸變，增加材料的內能，促進原子間的擴散。 3. 摩擦生熱： 盡管超聲鍵閤是一種固態焊接，但工件錶麵之間以及工件與焊頭之間的摩擦，仍然會産生一定的熱量。然而，這種熱量通常不足以使材料熔化，而是將材料加熱到足夠高的溫度，以促進原子擴散和金屬間化閤物的形成。 4. 金屬間化閤物形成： 在清潔的金屬錶麵、增大的接觸麵積以及適宜的溫度下，連接處的金屬原子會發生相互擴散，形成固溶體或金屬間化閤物。這些化閤物的形成是實現牢固結閤的根本原因。 關鍵工藝參數的調控：精益求精的追求 超聲鍵閤的成功與否，以及焊接質量的優劣，高度依賴於對一係列工藝參數的精確控製。這些參數相互關聯，共同決定瞭焊接過程中能量的施加方式和材料的反應程度。 超聲功率 (Ultrasonic Power)： 這是驅動超聲換能器産生振動的能量大小。功率越高，振動的幅度越大，傳遞的能量越多，越容易實現材料的塑性變形和鍵閤。然而，過高的功率可能導緻焊頭過度磨損、材料過度變形甚至損壞。 焊接時間 (Bonding Time)： 指焊頭在施加超聲振動的同時對工件施加壓力的持續時間。時間過短，材料可能沒有充分塑性變形和擴散；時間過長，可能導緻過度加熱、材料性能下降或焊頭過早磨損。 焊接壓力 (Bonding Force)： 指焊頭施加在工件上的垂直力。壓力越大，工件之間的接觸越緊密，越有利於超聲能量的傳遞和錶麵氧化層的清除。但過大的壓力可能導緻材料過度變形、底材損傷或焊頭局部應力過大。 振動頻率 (Frequency)： 通常采用20kHz、40kHz或60kHz等高頻振動。頻率的選擇會影響能量傳遞的效率和錶麵效應。 焊頭設計 (Tool Design)： 焊頭的幾何形狀、尺寸、材料以及錶麵的微觀結構，對超聲能量的聚焦、傳遞以及與工件的耦閤起著決定性作用。例如，常用的焊頭類型有楔形焊頭（Wedge Tool）和球形焊頭（Ball Tool），它們分彆適用於不同的焊接應用。 砧座 (Anvil)： 位於下方的支撐工件的部件，也可能對焊接過程産生影響，其錶麵特性和剛度都需要與焊頭和工件相匹配。 廣泛的應用領域：無處不在的精密連接 超聲鍵閤憑藉其獨特的優勢，在微電子封裝的多個環節得到瞭廣泛的應用，成為實現高密度、高性能封裝的關鍵技術之一。 引綫鍵閤 (Wire Bonding)： 這是超聲鍵閤最經典的也是最廣泛的應用之一。將芯片上的焊盤與封裝基闆上的引腳連接起來，通常使用金綫、鋁綫或銅綫。超聲引綫鍵閤能夠以較低的溫度、在較短的時間內實現可靠的連接，尤其適用於對溫度敏感的半導體器件。 帶狀鍵閤 (Ribbon Bonding)： 當需要傳輸較大電流或者對電感要求較高時，會使用扁平的金屬帶（如金帶、鋁帶）替代圓綫進行連接。超聲帶狀鍵閤同樣能夠提供高效可靠的互連。 疊焊 (Wedge-to-Pad Bonding / Flip Chip Bonding)： 在某些封裝結構中，需要將芯片直接與基闆上的焊盤進行連接，或者將芯片上的焊盤與另一層金屬進行連接，這可以通過超聲疊焊技術實現。 電池連接： 在鋰離子電池等儲能器件的製造中，超聲鍵閤被用於連接電池極片與匯流排，能夠快速、高效且無損地實現高導電性的連接。 太陽能電池互連： 在太陽能電池闆的製造過程中，使用超聲鍵閤連接電池片之間的匯流條，可以提高生産效率和連接可靠性。 精密金屬箔連接： 在柔性電子、傳感器等領域，常常需要將非常薄且精密的金屬箔進行連接，超聲鍵閤能夠滿足這些高精度、低損傷的要求。 MEMS器件封裝： 傳感器、微執行器等MEMS器件的封裝，通常需要在微小的空間內實現精密的電氣和機械連接，超聲鍵閤是實現這些連接的有效手段。 麵嚮未來的挑戰與發展趨勢：持續的創新與突破 盡管超聲鍵閤技術已經取得瞭顯著的成就，但隨著微電子技術的飛速發展，它仍然麵臨著新的挑戰，並呈現齣新的發展趨勢： 1. 更高密度與更小尺寸的互連： 隨著芯片集成度的不斷提高，封裝尺寸不斷縮小，對鍵閤綫/焊點的密度和尺寸提齣瞭更高的要求。這需要更精密的焊頭設計、更均勻的能量傳遞以及更可控的工藝參數。 2. 異種金屬的鍵閤： 隨著新材料的引入，異種金屬（例如，銅與鋁、銅與金）之間的鍵閤變得越來越重要。超聲鍵閤在處理某些異種金屬組閤時，能夠有效抑製脆性金屬間化閤物的形成，從而提高連接的可靠性。 3. 自動化與智能化： 為瞭滿足大規模生産的需求，超聲鍵閤設備正朝著高度自動化和智能化的方嚮發展。這包括機器視覺、在綫檢測、自適應控製等技術的應用，以提高生産效率、降低成本和保證質量。 4. 在綫監控與過程控製： 實時監測焊接過程中的關鍵參數，並根據實時數據進行反饋控製，是提升焊接一緻性和可靠性的重要途徑。這需要開發更先進的傳感器和控製算法。 5. 環保與可持續性： 隨著對環境保護要求的提高，低能耗、少汙染的超聲鍵閤技術本身就具有一定的優勢。未來的發展將更加注重材料的綠色化和工藝的節能化。 6. 微型化與微功耗設備的需求： 針對可穿戴設備、物聯網傳感器等微型化、低功耗應用，對封裝的尺寸、功耗和可靠性都有極高的要求。超聲鍵閤將在其中扮演更重要的角色。 結論 微電子封裝中的精密焊接技術，尤其是超聲鍵閤，是實現現代電子器件高性能、高可靠性和小型化的關鍵支撐。它通過巧妙地利用超聲波能量，在固態下實現金屬間的牢固連接，有效解決瞭高溫焊接帶來的諸多限製。隨著技術的不斷演進和應用需求的日益多樣化，超聲鍵閤必將在未來的微電子産業中繼續發揮不可替代的作用，驅動著電子技術的不斷進步和創新。對這一技術的深入理解和持續研究，對於推動微電子封裝行業的發展，以及滿足日益增長的先進電子産品市場需求，具有重要的理論和實踐意義。

評分☆☆☆☆☆

我的工作涉及電子産品的質量控製，對於任何可能影響産品可靠性的環節都異常敏感。微電子封裝中的鍵閤工藝，特彆是超聲鍵閤，是連接芯片和外部電路的關鍵，其質量直接關係到産品的長期穩定性。拿到這本書後，我首先關注的是其對於鍵閤失效模式的分析。書中詳細列舉瞭諸如拉力不足、剪切強度不夠、虛焊、氧化層影響等多種典型失效情況，並從機理上進行瞭深入剖析。這對於我製定更完善的質量檢測標準和失效分析流程非常有幫助。例如，書中關於金絲鍵閤過程中金球形成的不均勻性與界麵結閤強度的關係，提供瞭科學的解釋，讓我能夠更精準地定位潛在的質量風險。雖然書中涉及的一些聲學和材料力學公式對我來說略顯晦澀，但我通過書中提供的圖示和案例，仍然能夠抓住核心的理解點。這本書就像一個經驗豐富的“老醫生”，能夠準確地診斷齣封裝過程中的“病癥”，並開齣“藥方”。

評分☆☆☆☆☆

作為一個多年從事封裝工藝優化的工程師，我一直在尋找能夠真正解決生産中遇到的瓶頸的書籍。這本書在微電子封裝的超聲鍵閤機理與技術方麵，可以說是我近幾年來讀過的最係統、最深入的一本。書中對超聲振動在鍵閤過程中的能量傳遞、應力分布以及材料塑性變形的理論模型推導，非常嚴謹，並且提供瞭詳細的數學公式和物理圖像，這對於我理解和優化工藝參數非常有指導意義。例如，在解決虛焊或金絲球（ball bond）強度不足的問題時，書中的理論分析能夠幫助我 pinpoint 問題的根源，而不是僅僅依靠經驗進行反復試錯。另外，書中關於鍵閤過程中産生的各種失效模式的分析，以及相應的預防和診斷方法，更是我解決實際生産難題的寶貴財富。它不僅僅停留在“是什麼”，更深入到“為什麼會這樣”以及“如何去解決”。我尤其贊賞書中對新材料和新工藝的探討，雖然這些內容可能還不那麼成熟，但其前瞻性為我們指明瞭未來技術發展的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

我是一位對半導體封裝技術充滿好奇的業餘愛好者，雖然沒有科班齣身的背景，但憑著一股熱情，一直在自學相關知識。市麵上關於封裝的書籍不少，但大多要麼過於理論化，要麼過於偏嚮商業推廣，很少有能像這本書這樣，既有紮實的理論基礎，又注重實際操作細節的。我特彆欣賞書中對於超聲鍵閤過程中各種參數的分析，比如頻率、功率、時間和壓力等，以及這些參數如何相互影響，最終決定鍵閤的質量。書中還配有很多原理圖和實驗數據，這對我理解抽象的概念非常有幫助。舉個例子，書中對不同金屬材料在超聲鍵閤下的界麵形成過程進行瞭詳細的講解，包括金屬的塑性變形、錶麵氧化物的破碎以及新界麵的形成等，這些細節的披露，讓我對微觀世界的奇妙變化有瞭更直觀的認識。雖然有些篇章對我的知識儲備來說還是有些吃力，需要查閱大量補充資料，但這種“啃硬骨頭”的過程本身就充滿瞭樂趣。我希望通過閱讀這本書，能夠更深入地理解現代電子産品之所以能夠如此小巧、強大，背後的工程智慧有多麼令人驚嘆。

評分☆☆☆☆☆

我是一名電子工程專業的在讀研究生，目前的研究方嚮與微電子封裝緊密相關。在導師的推薦下，我閱讀瞭這本書。這本書在超聲鍵閤的理論深度和技術廣度上，都給我留下瞭深刻的印象。書中對超聲波在固體材料中傳播的物理現象，以及能量如何耦閤到鍵閤界麵，實現原子間的冶金連接，有著非常詳盡的闡述。我特彆喜歡書中對幾種主流微電子封裝中超聲鍵閤技術的比較分析，這讓我能夠清晰地認識到不同技術在應用場景、優缺點以及技術瓶頸上的差異。比如，在討論引綫鍵閤時，書中對金絲、銅絲、鋁絲在超聲能量作用下的形變特性進行瞭細緻的比較，這對於我選擇閤適的鍵閤材料非常有啓發。雖然書中的部分內容涉及到高級的數值模擬和實驗錶徵技術，需要結閤其他文獻一起學習，但整體而言，這本書為我構建瞭關於微電子封裝超聲鍵閤的紮實理論基礎，為我後續深入研究打下瞭堅實的地基。

評分☆☆☆☆☆

這本書我拿到手大概有半個月瞭，一直想寫點什麼，但總覺得言語難以盡述。從封麵上那略顯專業的術語“微電子封裝”、“超聲鍵閤”，我就知道這絕對不是一本能輕鬆“讀”的書。我本身是做電子産品研發的，雖然不是直接接觸封裝設備，但産品能否穩定可靠地工作，封裝環節至關重要，尤其是在集成電路越來越小型化、集成度越來越高的今天。這本書的齣現，就像是為我打開瞭一個新的窗口，讓我有機會窺探到那些隱藏在精密電路背後的關鍵技術。翻開目錄，我看到瞭從基礎理論到實際應用的各個層麵，從材料的相互作用，到設備的工作原理，再到工藝的優化和失效分析，每一章都像是通往真相的一段階梯。我尤其對其中關於超聲能量如何傳遞、如何與材料發生耦閤，最終實現鍵閤的詳細闡述感到著迷。那種細緻入微的分析，讓我對日常工作中習以為常的電子元件産生瞭全新的敬畏感。雖然其中涉及的物理化學原理和數學模型對我來說是很大的挑戰，需要反復研讀，但正是這種深度，纔讓我覺得這本書的價值所在。它不像市麵上很多技術手冊那樣淺嘗輒止，而是深入到問題的本質，試圖解釋“為什麼”。