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第1章 塑料、弹性体与复合材料1

1.1 引言1

1.2 基础知识1

1.2.1 聚合物定义1

1.2.2 聚合物的类型1

1.2.3 结构与性能2

1.2.4 合成4

1.2.5 术语5

1.3 热塑性体10

1.3.1 丙烯酸树脂16

1.3.2 氟塑料17

1.3.3 酮树脂18

1.3.4 液晶聚合物18

1.3.5 尼龙20

1.3.6 聚酰胺酰亚胺20

1.3.7 聚酰亚胺21

1.3.8 聚醚酰亚胺23

1.3.9 聚多芳基化合物和聚酯23

1.3.10 聚碳酸酯24

1.3.11 聚烯烃24

1.3.12 聚苯醚25

1.3.13 聚苯硫醚25

1.3.14 苯乙烯类聚合物25

1.3.15 聚砜25

1.3.16 乙烯基树脂25

1.3.17 热塑性混合物与共混物26

1.4 热固性体27

1.4.1 烯丙基树脂29

1.4.2 双马来酰亚胺29

1.4.3 环氧树脂30

1.4.4 酚醛树脂30

1.4.5 聚酯30

1.4.6 聚氨酯31

1.4.7 硅氧烷（硅橡胶）31

1.4.8 交联热塑性体33

1.4.9 氰酸酯树脂34

1.4.10 苯并环丁烯37

1.5 弹性体37

1.5.1 性能38

1.5.2 弹性体的类型39

1.5.3 热塑性弹性体（TPE）41

1.6 应用41

1.6.1 层压板41

1.6.2 模塑和挤出42

1.6.3 浇铸和灌封43

1.6.4 粘结剂43

1.6.5 有机涂层44

1.7 参考文献45

第2章 粘结剂、下填料与涂敷料47

2.1 引言47

2.2 流变学47

2.2.1 流变响应与行为49

2.2.2 流变的测量51

2.3 粘结剂体系的固化55

2.3.1 热固化55

2.3.2 紫外（UV）固化59

2.3.3 变频微波辐射固化60

2.3.4 吸潮固化61

2.4 玻璃化转变温度61

2.5 热膨胀系数63

2.6 杨氏模量64

2.7 应用64

2.7.1 粘结剂（贴片胶）64

2.7.2 下填料80

2.7.3 导电胶85

2.7.4 热管理87

2.7.5 保形涂层88

2.8 参考文献91

2.9 致谢92

第3章 热管理93

3.1 引言93

3.2 为什么需要热管理94

3.2.1 温度对电路工作的影响94

3.2.2 温度对物理结构的影响95

3.2.3 失效率96

3.3 热流理论97

3.3.1 热力学第二定律97

3.3.2 传热机理98

3.3.3 瞬态热流113

3.4 热设计119

3.4.1 设计过程119

3.4.2 选择冷却技术119

3.5 热沉120

3.5.1 热沉介绍120

3.5.2 热沉粘结材料121

3.5.3 热沉选择126

3.5.4 空气冷却129

3.6 电路卡组件冷却133

3.7 高热负载的冷却138

3.7.1 CCA的贯通（径流）冷却138

3.7.2 冷侧壁冷却139

3.7.3 冷板140

3.7.4 射流喷射冷却141

3.7.5 浸没式冷却141

3.7.6 微沟道冷却144

3.8 特殊冷却装置145

3.8.1 热电冷却器145

3.8.2 热管150

3.9 热模拟153

3.9.1 有限元方法153

3.9.2 有限差分方法154

3.9.3 流动网络模型155

3.9.4 计算流体力学155

3.9.5 主要软件要求155

3.10 热管理156

3.10.1 直接温度测量技术156

3.10.2 红外热成像158

3.10.3 液晶显微量热计159

3.10.4 光纤温度测试探针160

3.10.5 间接温度测量技术161

3.10.6 X射线成像162

3.10.7 声学显微成像162

3.10.8 热测试芯片164

3.11 参考文献165

第4章 连接器和互连技术168

4.1 连接器综述168

4.1.1 连接器功能168

4.1.2 连接器的应用：互连的级别168

4.1.3 连接器类型169

4.1.4 连接器应用：信号和功率170

4.1.5 连接器结构170

4.2 接触件接口172

4.2.1 接触接口形态和接触电阻172

4.2.2 接触接口形态和机械性能174

4.2.3 小结175

4.3 接触镀层175

4.3.1 接触镀层和腐蚀防护176

4.3.2 接触镀层和界面的优化176

4.3.3 贵金属镀层综述176

4.3.4 非贵金属镀层178

4.3.5 接触镀层的选择180

4.3.6 小结181

4.4 接触簧片182

4.4.1 接触簧片和电气要求182

4.4.2 接触簧片和机械要求183

4.4.3 接触簧片材料的选择184

4.4.4 小结185

4.5 连接器外壳185

4.5.1 电气功能185

4.5.2 机械功能185

4.5.3 环境屏蔽（保护）186

4.5.4 应用要求187

4.5.5 材料选择187

4.5.6 小结189

4.6 可分离的连接190

4.6.1 接触件设计190

4.6.2 应用问题193

4.6.3 小结195

4.7 永久连接195

4.7.1 电线和电缆的综述195

4.7.2 印制电路板结构的综述198

4.7.3 电线／电缆的机械永久连接198

4.7.4 绝缘位移连接202

4.7.5 印制电路板的机械永久连接205

4.7.6 机械永久连接小结206

4.7.7 焊接连接206

4.8 连接器应用208

4.8.1 信号应用208

4.8.2 电源应用211

4.9 连接器的类型213

4.9.1 板对板连接器213

4.9.2 线对板和线对线连接器217

4.9.3 同轴连接器223

4.9.4 连接器类型小结226

4.10 连接器试验226

4.10.1 连接器试验226

4.10.2 试验的类型227

4.10.3 估算连接器的可靠性228

4.11 参考文献232

第5章 电子封装与组装的焊接技术235

5.1 引言235

5.1.1 定义235

5.1.2 表面安装技术235

5.1.3 工业发展趋势236

5.1.4 交叉学科和系统方法239

5.2 软钎焊材料240

5.2.1 软钎焊料合金240

5.2.2 锡铅合金的冶金学242

5.2.3 软钎焊料粉244

5.2.4 机械性能246

5.3 焊膏252

5.3.1 定义252

5.3.2 特性252

5.3.3 钎剂和助焊253

5.3.4 钎剂活性253

5.3.5 水溶性钎剂253

5.3.6 气相钎剂254

5.3.7 免清洗钎剂254

5.3.8 水溶性钎剂和免清洗钎剂的对比254

5.3.9 流变学255

5.3.10 配方257

5.3.11 达到系统高可靠性的焊膏设计和使用原则258

5.3.12 质保检测258

5.4 软钎焊方法259

5.4.1 分类259

5.4.2 反应与相互作用260

5.4.3 工艺参数260

5.4.4 回流温度曲线262

5.4.5 回流曲线的影响264

5.4.6 优化回流曲线265

5.4.7 激光焊266

5.4.8 可控气氛钎焊267

5.4.9 温度分布曲线的测量273

5.5 可软钎焊性274

5.5.1 定义274

5.5.2 基板274

5.5.3 润湿现象274

5.5.4 元器件的可软钎焊性274

5.5.5 PCB的表面涂镀275

5.6 清洗275

5.6.1 原理和选择275

5.7 窄节距应用276

5.7.1 开口设计与模板厚度的关系277

5.7.2 焊盘图形与模板开口设计的关系277

5.7.3 模板选择278

5.8 有关钎焊问题279

5.8.1 金属间化合物与焊接点形成的关系279

5.8.2 镀金基板与焊点形成的关系281

5.8.3 焊接点气孔282

5.8.4 焊球／焊珠283

5.8.5 印制电路板（PCB）表面涂敷284

5.9 焊接点的外观形貌及显微结构286

5.9.1 外观形貌286

5.9.2 显微结构288

5.10 焊接点的完整性289

5.10.1 基本失效过程290

5.10.2 BGA钎焊互连的可靠性290

5.10.3 周边焊点的可靠性——元器件引线的影响292

5.10.4 焊点寿命预测模型的挑战293

5.10.5 蠕变和疲劳相互作用295

5.11 无铅钎焊料295

5.11.1 世界立法的现状295

5.11.2 研究和技术开发的背景297

5.11.3 有实用前景合金的比较300

5.11.4 合金的排序311

5.11.5 元素的相对成本和毒性312

5.11.6 回流条件314

5.11.7 表面安装制造性能315

5.11.8 高抗疲劳无Pb钎焊材料317

5.11.9 无铅实施方案和结论317

5.12 参考资料320

5.13 推荐读物321

第6章 集成电路的封装和互连322

6.1 引言322

6.2 电路和系统的驱动力323

6.2.1 电路级要求323

6.2.2 系统级要求325

6.3 IC封装327

6.4 封装分类327

6.4.1 通孔插入式安装的封装330

6.4.2 表面安装封装330

6.5 封装技术332

6.5.1 模塑技术333

6.5.2 模压陶瓷（玻璃熔封陶瓷）技术340

6.5.3 共烧层压陶瓷技术344

6.5.4 层压塑料技术350

6.6 封装技术比较367

6.7 封装设计考虑369

6.7.1 电设计369

6.7.2 热设计371

6.7.3 热-力设计372

6.7.4 物理设计——芯片设计规则375

6.8 封装IC的组装工艺376

6.8.1 芯片到封装的互连377

6.8.2 其他组装工艺388

6.9 外包代工——外包组装391

6.9.1 什么是组装代工商391

6.9.2 在本厂内或外包代工组装的决定391

6.9.3 代工组装承包商的选择指南392

6.9.4 封装与2级互连393

6.9.5 总结和展望394

6.10 参考资料396

第7章 混合微电子与多芯片模块397

7.1 引言397

7.2 混合电路用陶瓷基板398

7.2.1 陶瓷基板的制造399

7.3 陶瓷的表面性能401

7.4 陶瓷材料的热性能403

7.4.1 热导率403

7.4.2 比热容405

7.4.3 热膨胀系数406

7.5 陶瓷基板的机械性能407

7.5.1 弹性模量407

7.5.2 断裂模量408

7.5.3 抗拉强度和抗压强度409

7.5.4 硬度410

7.5.5 热冲击411

7.6 陶瓷的电性能412

7.6.1 电阻率412

7.6.2 击穿电压414

7.6.3 介电性能414

7.7 基板材料的性能416

7.7.1 氧化铝416

7.7.2 氧化铍417

7.7.3 氮化铝418

7.7.4 金刚石420

7.7.5 氮化硼（BN）421

7.7.6 碳化硅422

7.8 复合材料423

7.8.1 铝碳化硅423

7.8.2 Dymalloy？424

7.9 厚膜技术425

7.9.1 有效成分427

7.9.2 粘结成分427

7.9.3 有机粘结剂427

7.9.4 溶剂或稀释剂428

7.9.5 厚膜浆料的制备428

7.9.6 厚膜浆料的参数429

7.10 厚膜导体材料431

7.10.1 金导体431

7.10.2 银导体432

7.10.3 铜导体433

7.11 厚膜电阻材料434

7.11.1 厚膜电阻的电性能437

7.11.2 零时间性能437

7.11.3 与时间有关的性能441

7.11.4 厚膜电阻的工艺考虑442

7.12 厚膜介质材料442

7.13 釉面材料443

7.14 丝网印刷444

7.14.1 印刷工艺445

7.15 厚膜浆料的烘干445

7.16 厚膜浆料的烧结446

7.17 厚膜技术小结446

7.18 薄膜技术446

7.19 淀积技术447

7.19.1 溅射447

7.19.2 蒸发448

7.19.3 溅射与蒸发的比较449

7.19.4 电镀450

7.19.5 光刻工艺450

7.20 薄膜材料450

7.20.1 薄膜电阻450

7.20.2 阻挡材料451

7.20.3 导体材料451

7.20.4 薄膜基板451

7.21 厚膜与薄膜的比较452

7.22 铜金属化技术453

7.22.1 直接键合铜453

7.22.2 镀铜技术453

7.22.3 活性金属钎焊铜技术454

7.23 铜金属化技术的比较454

7.24 基板金属化技术小结454

7.25 混合电路的组装455

7.25.1 芯片与引线技术455

7.25.2 半导体器件的直接共晶键合456

7.25.3 有机键合材料456

7.25.4 软钎焊457

7.25.5 引线键合460

7.26 封装和封装工艺464

7.26.1 气密封装465

7.26.2 金属封装466

7.26.3 金属封装的密封方法467

7.26.4 陶瓷封装468

7.26.5 陶瓷封装的密封方法468

7.26.6 非气密性封装方法468

7.26.7 插入式封装469

7.26.8 小外形封装469

7.26.9 陶瓷片式载体469

7.26.10 功率混合电路的封装470

7.27 多芯片模块471

7.27.1 MCM-L技术471

7.27.2 MCM-C技术473

7.27.3 MCM-D技术474

7.27.4 小结474

7.28 参考资料475

第8章 芯片尺寸封装、倒装芯片和先进封装技术476

8.1 引言476

8.1.1 集成电路组装476

8.1.2 集成电路组装和封装的功能要求与设计准则477

8.1.3 倒装芯片封装477

8.1.4 芯片尺寸封装（CSP）478

8.1.5 三维和堆叠芯片封装479

8.1.6 系统级封装（SiP）——多芯片模块封装480

8.1.7 MEMS封装480

8.1.8 圆片级封装（WLP）482

8.1.9 光电封装483

8.1.10 小结483

8.2 倒装芯片封装483

8.2.1 背景和历史484

8.2.2 倒装芯片互连的结构484

8.2.3 圆片凸点材料和结构485

8.2.4 倒装芯片组装用基板488

8.2.5 形状因子和标准489

8.2.6 倒装芯片互连技术490

8.2.7 倒装芯片键合493

8.2.8 底部填充包封494

8.2.9 电性能497

8.2.10 可靠性497

8.2.11 产品举例498

8.3 芯片尺寸封装500

8.3.1 背景和历史500

8.3.2 CSP形状因子和标准500

8.3.3 挠性基板CSP503

8.3.4 刚性PCB中间支撑层CSP507

8.3.5 陶瓷基板芯片尺寸封装508

8.3.6 引线框架型芯片尺寸封装509

8.3.7 圆片级CSP517

8.4 三维及堆叠芯片封装523

8.4.1 背景和历史523

8.4.2 三维（3D）封装堆叠524

8.4.3 三维（3D）堆叠芯片封装531

8.5 系统级封装／多芯片模块封装539

8.5.1 简介539

8.5.2 薄膜互连SiP模块540

8.5.3 陶瓷基SiP(MCM-C)542

8.5.4 PCB基SiP模块（MCM-L）543

8.6 MEMS封装544

8.6.1 背景与历史544

8.6.2 常规封装形式546

8.6.3 结构与材料548

8.6.4 通用MEMS封装设计概念和开发559

8.6.5 已封装的MEMS举例562

8.7 圆片级封装566

8.7.1 背景和历史566

8.7.2 形状因子568

8.7.3 柔顺性圆片级互连568

8.7.4 堆叠焊球和焊柱互连569

8.7.5 大焊球互连570

8.7.6 圆片级倒装芯片工艺和圆片级下填料材料570

8.7.7 可靠性572

8.7.8 封装举例572

8.7.9 圆片级测试与老炼573

8.8 光电封装574

8.8.1 简介574

8.8.2 光信号探测器（接收器）综述574

8.8.3 OE信号源（发射器）综述575

8.8.4 OE封装问题综述和考虑575

8.8.5 高性能光电模块封装组装工艺577

8.9 参考资料583

第9章 刚性和挠性印制电路板技术589

9.1 引言589

9.1.1 PCB技术中的关键因素589

9.2 印制电路板的类型590

9.2.1 基本的PCB分类590

9.2.2 基板的类型590

9.2.3 图形成像方法590

9.2.4 刚性电路板590

9.3 印制电路板材料593

9.3.1 刚性PCB材料593

9.3.2 先进的材料598

9.4 PCB元器件599

9.4.1 通孔插装元器件599

9.4.2 柔顺插针元器件599

9.4.3 表面安装元器件599

9.4.4 窄节距元器件599

9.4.5 载带自动焊元器件599

9.4.6 倒装芯片元器件599

9.4.7 焊球阵列元器件600

9.4.8 引线键合的裸芯片元器件600

9.4.9 PCB埋置电阻和电容600

9.5 印制电路板的特性602

9.5.1 焊盘和孔的尺寸603

9.5.2 导体宽度603

9.5.3 增加层数603

9.6 PCB设计方法604

9.6.1 PCB机械设计605

9.6.2 电设计考虑610

9.7 多层板工艺621

9.7.1 多层板结构621

9.7.2 详细的制造工艺625

9.7.3 制造过程中的问题628

9.8 挠性印制电路板629

9.8.1 刚-挠性PCB629

9.8.2 挠性PCB材料629

9.8.3 挠性印制电路设计635

9.8.4 挠性印制电路制造工艺642

9.9 精密线条和微孔技术644

9.9.1 表面层镀覆645

9.9.2 表面层布图646

9.9.3 微通孔制造646

9.10 无铅技术的到来650

9.11 适用的标准652

9.11.1 工业标准652

9.11.2 IEEE（电子和电气工程师协会）标准653

9.11.3 IEC（国际电工委员会）标准653

9.11.4 Telcordia（Bellcore）标准653

9.11.5 其他标准654

9.12 参考资料654

9.13 感谢656

第10章 高速和微波电子系统的封装657

10.1 引言657

10.1.1 高频电路的特点657

10.1.2 高速与高频的关系658

10.1.3 历史回顾659

10.2 高频和高速的基本概念660

10.2.1 阻抗和匹配660

10.2.2 散射参数661

10.2.3 传输延迟663

10.2.4 损耗663

10.3 传输线667

10.3.1 传输线的波型667

10.3.2 系统级互连668

10.3.3 平面传输线671

10.3.4 不连续性676

10.4 高频电路的实现680

10.4.1 有关材料680

10.4.2 微波集成电路682

10.4.3 集中参数元件683

10.4.4 分布参数元件689

10.4.5 仿真和电路布图693

10.4.6 测试和试验693

10.5 高速数字电路的实现694

10.5.1 高速数字电路的封装694

10.5.2 电气设计输入696

10.5.3 网表分析699

10.5.4 设计限制701

10.5.5 布图时考虑的问题709

10.5.6 优选的再设计选项710

10.5.7 CAD界面712

10.6 参考资料714

索引719