微机电系统集成与封装技术基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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娄文忠，孙运强著 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111209171

商品编码：29693135205

包装：平装

出版时间：2007-03-01

基本信息

书名:微机电系统集成与封装技术基础

定价：29.00元

售价：19.7元,便宜9.3元,折扣67

作者:娄文忠,孙运强著

出版社：机械工业出版社

出版日期：2007-03-01

ISBN：9787111209171

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版次：1

装帧：平装

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编辑推荐

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内容提要

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本书主要介绍微机电系统集成与封装技术。全书包括三个部分，分别为：微机电系统集成技术基础、微机电系统封装技术基础、微机电系统集成与封装的应用。书中系统地叙述了微机电系统集成设计与封装技术的概念、体系结构、典型系统、所用的先进技术以及未来的发展趋势；书中对近年来国外微机电系统集成与封装*技术动态加以归纳总结，对相关理论、技术进行深刻的阐述与分析。并以大量、详实的案例，在完整的微机电系统集成与封装知识体系下，面向应用，服务社会。
　　本书可供微电子、微电系统等领域专业研究以及机械、物理和材料方面研究人员参考，亦可作为相关专业高年级本科生、研究生教材。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《先进半导体制造中的关键互连与封装技术》 内容简介 在摩尔定律趋于极限的今天，半导体行业的创新重心正逐渐从单纯的晶体管尺寸缩小转向更加精密的系统级集成和先进的封装技术。本书深入探讨了现代半导体制造过程中至关重要的互连和封装技术，它们是实现高性能、高密度、低功耗和多功能集成电路（IC）的关键所在。本书不仅涵盖了传统和新兴的互连和封装材料、工艺和结构，更着重分析了这些技术如何应对未来电子产品对性能、可靠性、成本和体积日益增长的需求。 第一章：半导体互连与封装技术的发展历程与未来趋势 本章首先回顾了半导体互连和封装技术的发展脉络，从早期的引线键合（Wire Bonding）和表面贴装技术（SMT），到后来的倒装芯片（Flip Chip）和晶圆级封装（WLP），再到当前蓬勃发展的2.5D/3D集成和扇出型晶圆级封装（Fan-Out WLP）。我们将分析每一次技术革新背后的驱动力，例如对更高集成密度、更优电气性能、更低信号延迟和更强散热能力的需求。 接着，本章将深入剖析当前半导体产业面临的挑战，包括互连电阻/电容效应的限制、封装功耗密度急剧上升、热管理难题、以及新兴材料和工艺的引入所带来的复杂性。在此基础上，我们将前瞻性地探讨未来互连与封装技术的发展趋势。重点将放在以下几个方向： 先进互连材料与结构： 铜互连的极限与替代材料（如钴、钯、贵金属合金）的探索；纳米线、碳纳米管等新型互连结构的应用潜力；高密度互连（HDI）的进一步发展。 超越2D的集成： 3D堆叠技术（如TSV，Through-Silicon Via）的工艺优化与成本降低；多芯片模块（MCM）和系统级封装（SiP）的演进；异构集成（Heterogeneous Integration）的策略与挑战。 下一代封装平台： 扇出型晶圆级封装（FOWLP）的进一步集成能力和应用场景；嵌入式芯片封装（Embedded Die Packaging）的优势；可重构互连（Reconfigurable Interconnects）的可能性。 材料创新与可靠性： 新型封装基板材料（如有机载板、陶瓷基板、柔性基板）的性能提升；低应力、高导热封装材料的研究；应对极端环境（如高低温、高湿度、高辐射）的封装解决方案。 智能化与自动化： 封装过程的自动化与数字化转型；AI在良率预测、工艺优化和设计决策中的应用。 可持续性与环保： 绿色封装材料的开发；封装过程的能耗和环境影响的评估与降低。 第二章：半导体互连技术详解 本章将详细阐述支撑现代集成电路高性能的关键互连技术。 金属互连： 铜互连： 详细介绍铜作为互连材料的优势（低电阻率、高迁移率）及其在CMOS工艺中的应用。深入分析铜的化学机械抛光（CMP）过程、阻挡层/扩散阻挡层（如TaN/Ta）的材料选择与工艺控制，以及在不同代工制程中互连线宽/间距的演进。 替代互连材料： 探讨当铜互连面临电阻和电容显著增加的问题时，科研界和产业界正在探索的替代方案。包括： 钴（Co）互连： 分析钴在金属填充、接触电阻降低方面的优势，以及在极小尺寸互连中的应用前景。 其他金属及其合金： 如镍（Ni）、金（Au）等在特定应用（如RF、高可靠性）中的作用。 非金属互连： 简要介绍石墨烯、碳纳米管等新兴材料作为互连导体的潜力，分析其在导电性、热导性等方面的优势，以及当前面临的制备和集成挑战。 接触与通孔技术： 接触层（Contact Layer）： 介绍金属与半导体之间接触的形成机理，包括欧姆接触和肖特基接触。详细讲解用于形成欧姆接触的材料（如Ti/TiN、W）及其工艺。 垂直互连（Via）： 详细阐述通孔（Via）的作用，即连接不同层金属的通道。重点介绍： 介质通孔（Dielectric Via）： 如SiP（Silicon Plug）和WLP（Wafer-Level Package）中的TSV（Through-Silicon Via）和TGV（Through-Glass Via）等垂直互连技术。深入分析TSV的制造流程，包括钻孔（etching or DRIE）、阻挡/扩散层沉积、金属填充（电镀Cu、ALD W等）、绝缘处理和CMP。探讨TSV的电学和热学性能影响，以及其在3D IC中的关键作用。 金属通孔（Metal Via）： 在多层金属互连结构中，连接相邻金属层的垂直通道。分析其材料（通常是铜）、形成工艺（例如，在介质层上刻蚀通孔后填充金属）。 互连的可靠性问题： 电迁移（Electromigration）： 分析电流密度过高导致金属原子迁移，造成互连断路或短路的现象。讨论影响电迁移的因素（材料、温度、结构）以及提高抗电迁移能力的策略（如加入微量元素、优化结构）。 空洞（Void）形成： 介绍在金属填充过程中可能出现的空洞，特别是在铜电镀过程中。分析空洞产生的原因及其对互连可靠性的影响。 应力迁移（Stress Migration）： 分析温度变化或外部应力导致的金属内部应力，进而引发金属迁移和断路。 第三章：先进封装技术概览 本章将系统介绍支撑现代高性能电子设备的关键先进封装技术。 引线键合（Wire Bonding）的演进： 传统引线键合： 介绍金线（Au）、铝线（Al）等材料的键合原理和工艺。 铜线键合： 分析铜线键合在成本和导电性上的优势，及其工艺上的挑战（氧化、球形键合）。 塑封（Molding）与固化（Curing）： 介绍环氧树脂（Epoxy）等塑封材料的选择、工艺参数（温度、压力、时间）对封装性能的影响，以及固化过程中的应力管理。 倒装芯片（Flip Chip）技术： 凸点（Bumps）技术： 详细介绍各类凸点形成技术，包括： 锡铅（Sn-Pb）凸点： 传统的焊接凸点。 无铅（Lead-Free）凸点： 如Sn-Ag-Cu（SAC）合金。 铜柱（Copper Pillar）与焊球（Solder Ball）： 介绍铜柱的作用，即提供更大的应力缓冲和更高的承载能力，以及作为后续焊接焊球的基础。 再分布层（RDL, Redistribution Layer）： 介绍RDL的作用，即将芯片上的密集I/O引脚重新分布到较大间距的凸点阵列上，以适应基板的连接需求。分析RDL的材料（Cu/Polyimide）和制造工艺。 倒装芯片的封装形式： BGA（Ball Grid Array）： 介绍通过焊球与PCB连接的封装形式。 LGA（Land Grid Array）： 介绍通过平面触点与PCB连接的封装形式。 晶圆级封装（WLP, Wafer-Level Packaging）： 核心理念： 在晶圆制造完成后，直接在整个晶圆上进行封装工艺，无需对晶圆进行切割（dicing），从而实现更高的集成密度和更低的成本。 主要技术类型： 扇出型晶圆级封装（FOWLP, Fan-Out Wafer-Level Packaging）： 重点介绍FOWLP的原理，即将芯片置于一个重构模具（re-molding）中，然后在其表面形成再分布层（RDL）和金属焊球/触点。分析其在异构集成、支持更大的芯片尺寸、更高I/O数量等方面的优势。 标准WLP： 如集成扇出（Integrated Fan-Out, InFO）等。 2.5D/3D集成技术： 2.5D集成： 硅中介层（Silicon Interposer）： 介绍硅中介层在连接多个芯片（如CPU、GPU、HBM）中的作用，利用TSV和精细的互连线实现高带宽、低延迟的通信。分析硅中介层的材料、制造工艺及其面临的挑战（成本、散热、良率）。 有机中介层（Organic Interposer）： 介绍使用高密度印刷电路板（HDI PCB）作为中介层，在成本和可制造性上的优势。 3D集成（垂直堆叠）： 直接铜对铜键合（Direct Cu-to-Cu Bonding）： 介绍芯片之间直接通过铜凸点进行键合，实现极高的互连密度和极短的传输路径。分析其工艺要求（表面平整度、洁净度）和面临的挑战。 混合键合（Hybrid Bonding）： 介绍晶圆之间直接键合，无需金属凸点，实现更高的集成密度和更优异的电学性能。 TSV在3D集成中的应用： 再次强调TSV在实现芯片层与层之间电气连接的关键作用。 系统级封装（SiP, System-in-Package）： 定义与优势： 将多个功能不同的芯片（如处理器、内存、RF模块、传感器等）集成到一个封装内，实现系统的功能集成和小型化。 SiP的实现方式： 多芯片模块（MCM, Multi-Chip Module）： 采用PCB或陶瓷基板作为平台，将裸芯片或预封装芯片进行组装。 堆叠封装（Stacking）： 将多个芯片垂直堆叠，如2.5D/3D集成。 串联封装（Shingled Packaging）： 将芯片侧向排列。 SiP的设计与制造考虑： 功耗管理、热管理、信号完整性、可靠性等。 第四章：封装材料与可靠性 本章将深入探讨封装过程中使用的关键材料及其对产品可靠性的影响。 封装基板材料： 有机基板（Organic Substrate）： 如BT树脂、ABF（Ajinomoto Build-up Film）等，广泛应用于BGA、FCBGA等封装。分析其材料特性（介电常数、介电损耗、热膨胀系数、机械强度）及其对信号完整性和热性能的影响。 陶瓷基板（Ceramic Substrate）： 如氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）等，具有优异的导热性和高可靠性，适用于高温、高功率应用。 金属基板（Metal Substrate）： 如铜、铝，用于导热和结构支撑。 柔性基板（Flexible Substrate）： 如聚酰亚胺（PI），用于柔性电子设备和可穿戴设备。 塑封材料（Encapsulant）： 环氧树脂（Epoxy Resins）： 主流的塑封材料，分析其填料（如二氧化硅、氧化铝）、固化剂、助剂等成分对材料性能（硬度、热膨胀系数、导热性、阻燃性、吸湿性）的影响。 低应力塑封材料： 针对高密度互连和易碎芯片，开发低应力材料以降低对芯片的机械损伤。 高导热塑封材料： 应对日益增长的功耗密度，提高散热效率。 导热材料（Thermal Interface Materials, TIMs）： TIMs的作用： 填充芯片表面与散热器之间的微观空隙，提高热传导效率。 TIMs的种类： 导热硅脂、导热垫片（Thermal Pads）、导热凝胶（Thermal Gel）、相变材料（Phase Change Materials, PCMs）等。 TIMs的材料特性： 导热系数、粘度、附着力、耐久性。 可靠性测试与评估： 环境应力测试： 高温高湿偏置（HHBT）： 评估湿气和电应力影响。 热循环（Thermal Cycling, TC）： 模拟温度变化引起的应力，评估材料界面和焊点可靠性。 热冲击（Thermal Shock, TS）： 快速温度变化引起的应力。 温度循环（Temperature Cycling）： 加速寿命测试： 跌落测试（Drop Test）： 评估机械冲击下的耐久性。 振动测试（Vibration Test）： 模拟工作环境中的振动载荷。 其他测试： 气密性测试、腐蚀测试、紫外线照射测试等。 失效模式分析： 芯片开裂、界面分层、焊点疲劳、互连断路等。 第五章：新兴互连与封装技术展望 本章将聚焦于当前和未来极具潜力的互连和封装技术，这些技术有望突破现有瓶颈，推动电子产业的下一轮飞跃。 微机电系统（MEMS）集成与封装： MEMS器件的特殊封装需求： 许多MEMS器件（如传感器、微流控芯片）需要特殊的腔体、密封、以及与外部环境的接口。 MEMS与IC的集成： 探讨如何将MEMS传感器与驱动和处理电路集成在一起，实现系统功能的提升。例如，将MEMS传感器芯片与ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）进行键合或堆叠。 MEMS的封装材料与工艺： 特殊的玻璃、金属、陶瓷材料的应用，以及与MEMS器件工作原理相匹配的密封技术。 柔性电子与可穿戴设备封装： 柔性基板材料与互连： 探讨聚酰亚胺、PET等柔性基板的应用，以及在柔性基板上实现高密度、高可靠性的互连技术。 卷对卷（Roll-to-Roll, R2R）制造： 分析R2R技术在降低柔性电子器件制造成本方面的潜力。 可穿戴设备对封装的要求： 小型化、轻量化、柔性、耐用性、生物兼容性等。 异构集成（Heterogeneous Integration）的深化： 概念与目标： 将不同工艺、不同功能、不同材料的器件（如CMOS、MEMS、光学器件、功率器件、GaN/SiC等）集成到一个封装中，以实现超越单体器件性能的整体系统。 异构集成的关键技术： 先进的互连技术： 如TSV、混合键合、铜凸点等。 多芯片模块（MCM）和系统级封装（SiP）的演进。 先进的封装平台： 如扇出型封装、嵌入式封装等。 挑战与机遇： 设计复杂性、热管理、功耗分配、测试与验证、以及供应链协同。 3D打印在封装领域的应用： 增材制造（Additive Manufacturing）： 探讨3D打印技术在制造复杂几何形状的封装组件、定制化散热器、微流控通道等方面的应用。 多材料3D打印： 结合导电、绝缘、导热等不同材料的打印能力，实现功能集成。 AI与机器学习在封装设计与制造中的应用： 设计优化： 利用AI进行互连布局、热设计、应力分析的优化。 工艺控制与良率提升： 利用机器学习模型进行实时工艺参数调整，预测潜在的缺陷，提高生产良率。 失效预测与寿命评估： 通过大数据分析，预测器件的失效概率和剩余寿命。 本书旨在为从事半导体设计、制造、封装、材料以及相关领域的工程师、研究人员和学生提供一个全面、深入的参考。通过对先进互连和封装技术的详细阐述，读者将能够理解当前电子产品性能提升的根本驱动力，并为未来技术的创新和发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，刚翻开这本书时，我有点担心它会陷入纯粹的理论堆砌，毕竟“基础”二字有时意味着内容的浅尝辄止。然而，这本书在对材料科学在MEMS中的应用这一板块的处理上，彻底颠覆了我的预期。它不仅仅停留在介绍硅基材料，而是深入探讨了聚合物、压电材料以及新型复合材料在柔性电子和生物传感器中的最新进展与挑战。作者对材料的微观结构如何影响宏观电学和机械性能的阐述非常到位，逻辑链条清晰而有力。例如，在讨论薄膜应力控制时，书中引用了多组不同退火温度下的XRD数据和弯曲测试结果，这种基于实验数据的分析方法，极大地增强了内容的可靠性和说服力。阅读过程中，我清晰地感觉到，作者不仅仅是在传授知识，更是在培养读者“用材料视角思考结构设计”的能力。这本书在封装过程中的热膨胀匹配与应力释放机制方面的讨论，更是将理论与工程实践完美结合，是市面上其他同类书籍难以企及的高度。

评分☆☆☆☆☆

这本《微机电系统集成与封装技术基础》的深度和广度实在令人惊叹，它像是一本精心策划的百科全书，但又比传统的教科书更具实操性和前瞻性。书中对MEMS器件从设计理念到最终实现的全流程进行了详尽的剖析，特别是关于纳米尺度的制造工艺部分，简直是教科书级别的讲解。我尤其欣赏作者在阐述多物理场耦合效应时所展现出的深厚功底，它不仅仅罗列了理论公式，更结合了实际案例，清晰地展示了电、热、力等因素在微纳结构中是如何相互作用、影响器件性能的。对于初学者来说，可能某些章节的理论推导会略显吃力，但正是这种严谨性，保证了内容的高质量和学术价值。书中对先进的键合技术和封装环境控制的论述，更是点睛之笔，这部分内容直接关系到最终产品的可靠性和寿命，作者没有丝毫含糊，给出了非常详细的操作规范和常见失效模式的分析。总而言之，这本书是深入理解现代微纳制造核心技术的一把金钥匙，尤其适合有一定基础、渴望精进工艺理解的工程师和研究生。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排极具匠心，它不是线性的知识灌输，更像是一张技术路线图。最让我眼前一亮的是，作者将“可靠性工程”和“测试与表征”这两个常常被轻视的环节，提升到了与器件设计同等重要的地位。在关于环境可靠性测试的标准与方法这一章节中，书中详细对比了MIL-STD、AEC-Q等不同行业标准对MEMS器件（特别是压力传感器和加速度计）的具体要求和测试流程，这对于想将研究成果产品化的读者来说，具有极高的实战价值。而且，书中对于先进的无损检测技术（如X射线CT和超声成像）在封装缺陷定位上的应用，提供了非常具体的案例分析，这些内容在以往的教材中很少能见到如此详尽的介绍。整体阅读体验下来，这本书给人一种强烈的“工业级思维”的熏陶，它教会的不仅仅是“如何做”，更是“如何确保做出来的东西能稳定可靠地工作”。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书在微纳加工中的关键设备原理与操作细节方面，提供了极其宝贵的、近乎于“秘籍”般的信息。对于我们这些在实验室摸索新工艺的研究人员来说，理解“深反应离子刻蚀（DRIE）的等效刻蚀率与侧壁粗糙度之间的权衡”至关重要。本书在这方面没有使用抽象的描述，而是通过对比不同刻蚀参数组合下的SEM截面图，直观地展示了工艺窗口的边界。此外，关于光刻技术的极限与挑战，特别是高深宽比结构的曝光与对准精度的探讨，也体现了作者对前沿制造工艺的深刻洞察。这本书的价值在于，它将学术研究的前沿与工业量产的瓶颈紧密联系起来，使得读者能够预判未来几年内可能出现的技术瓶颈，并提前布局解决方案。它提供的知识深度，绝对能让一名硕士毕业生在面对复杂集成项目时，少走很多弯路。

评分☆☆☆☆☆

如果用一个词来形容这本书的风格，我会选择“系统性”。它成功地将原本分散在材料、机械、电子、化学等多个学科中的MEMS技术知识，整合到了一个统一的“集成与封装”框架之下。特别值得称赞的是，作者对异构集成，特别是芯片级封装（CSP）与系统级封装（WLP）在微纳尺度下的区别与融合点进行了精辟的论述。书中清晰地勾勒出，当器件尺寸不断缩小，封装不再是事后补救的环节，而是与器件功能设计同步发生的内在组成部分。我对书中关于气密性封装技术的细致描述印象深刻，它不仅讨论了金属和陶瓷封装的传统方法，还重点介绍了现场活性键合（FALB）和低温共烧陶瓷（LTCC）等现代封装材料的适用性与局限性。这本书为我们构建了一个坚实的理论基石，让我们能够从更宏观、更整体的视角去看待微系统技术的复杂性与未来发展方向，是一本不可多得的、真正打通了理论与工程最后一公里的专业著作。