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田文超 著

图书标签:

• 电子封装
• 封装结构
• 集成电路
• 微电子
• 芯片封装
• SMT
• BGA
• QFN
• COB
• 倒装芯片

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560642369

版次：1

商品编码：12070571

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-04-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　本书共7章，包含三大部分内容，分别为电子封装机械结构设计（第1～３章）、电子封装热设计（第４～６章）和电子封装电磁设计（第７章）。电子封装机械结构设计部分主要介绍了封装定义、封装层次、封装内容、封装功能、多种封装结构形式、封装基板技术、机械振动及振动原理、电子产品中常见的PCB振动和悬挂元件振动；电子封装热设计部分主要介绍了电子封装结构热控制理论基础、电子器件封装热设计和PCB热设计；电子封装电磁部分主要介绍了高速信号和高速电路系统、高速电路中常用电子元件特性及高速电路PCB的布局布线策略。
　　本书可供机械、电子、微电子、材料等专业的高年级本科生和研究生使用，也可作为相关工程技术人员及科技管理人员的学习参考书。

前言/序言

　　当今世界已经进入一个信息化时代，信息化程度的高低已成为衡量一个国家综合国力的重要标志。微电子技术是发展电子信息产业和各项高新技术中不可缺少的基础。微电子工业领域的两大关键性技术分别是芯片制造和电子封装。微电子技术的发展与电子封装的进步是分不开的，芯片功能的实现，需依靠封装来完成信号引出，实现与外界连接和信号传输，因此封装技术是芯片功能实现的重要组成部分。电子封装是将集成电路设计和微电子制造的裸芯片组装为电子器件、电路模块和电子整机的制造过程，或者是将微元件再加工及组合构成满足工作环境的整机系统的制造技术。
　　电子封装是《2025中国制造》中第一大类“1.新一代信息技术”中第一小类“1.1集成电路及专用设备”中的重点发展的第三部分“集成电路封装”部分，是国家重点发展的领域，也是朝阳产业。
　　电子封装技术是在保证可靠性的前提下，实现传输速度提高、热量能力扩散、I/O端口数增加、器件尺寸减小和生产成本降低的主要方法。电子封装技术除芯片设计、芯片制造等半导体器件领域，还包括芯片载体、电子元器件组装、互连等技术，是一门电路、工艺、结构、元件、材料紧密结合的多学科交叉的工程学科，涉及微电子、物理、化学、机械、材料和可靠性等多个研究领域。
　　随着大规模和超大规模集成电路技术、新型电子材料技术和封装技术的迅速发展，现代军用和民用电子装备正在向小型化、轻量化、高可靠、多功能和低成本方向发展，尤其机载、舰载、星载和终端移动等电子装备，实现小型化和轻量化对于提高电性能和灵活机动性更为关键。电子封装技术正面临着多功能、小型化、轻量化、高密度、高速度、低功耗和高可靠性等发展趋势带来的严峻挑战。随着集成电路技术的发展，芯片上集成的晶体管密度越来越高，集成度越来越大。
　　美国空军利用大约20年时间，收集整理了电子产品事故数据，分析表明：大约40%的故障是连接器失效，大约30%的故障与电连接相关，大约20%的故障与元器件相关。这些故障大多是由于搬运、振动、冲击、热循环引起的。
　　电子元器件按照摩尔定律的预测，在不断追求高集成度、高密度的同时，带来了新的问题，即高功率、高热量、超多传输线、寄生效应、高热应力、强辐射、串扰过冲等机、电、热、磁及其相互耦合问题。尤其是无铅焊料的要求，对封装又提出了新的挑战。随着电子元器件集成度的提高，封装成本所占总成本的比例快速增长。目前，有关综合描述电子封装中的机、电、热、磁及其相互耦合的书籍还不多。
　　2013年，在西安电子科技大学召开了第四届全国电子封装技术本科教学研讨会，经过磋商成立了电子封装技术核心课程教材编写委员会，本书就是在这个背景下编写而成的。
　　本书从封装的概念出发，由浅入深，配合大量图片、实例和公式，分别介绍了电子封装结构中所涉及的主要内容。全书共7章，各章主要内容如下：
　　第1章为电子封装概述，首先介绍了封装定义、封装层次、封装内容、封装功能、封装发展；其次叙述了多种封装结构形式；最后介绍了封装基板技术，内容包括基板组成、材料特性、基板分类、工艺、背板、金属基板、陶瓷基板等。
　　第2章为机械振动基础，内容包括机械振动概述和振动原理等。本章为第3章的理论基础。
　　第3章为电子部件机械振动，内容包括电子产品中最常见的PCB振动和悬挂元件振动。
　　第4章为电子封装结构热控制理论基础，内容包括导热、对流换热、热辐射等。本章为第5、6章的理论基础。
　　第5章为电子器件封装热设计，内容包括电子芯片封装结构热应力、DIP封装热设计、PGA封装热设计、QFP封装热设计、BGA封装热设计、叠层芯片SCSP封装元件热应力分析和3D封装热设计等。
　　第6章为PCB的热设计，内容包括PCB上的热源、PCB结构设计、元器件排列方式、PCB走线设计、PCB散热方式等。
　　第7章为高速电路，内容包括高速信号和高速电路系统、高速电路系统PCB设计简介、高速电路相关电子学术语、高速电路中常用电子元件特性分析等。
　　第1、2、3章由田文超教授编写，第4、5、6章由刘焕玲副教授编写，第7章由张大兴副教授编写，全书由田文超教授统稿和定稿。
　　由于编者水平有限，加上电子封装技术的发展日新月异，作者感觉理论和工艺水平等仍欠成熟，书中不足之处在所难免，恳请广大读者不吝指正。
　　本书在编写过程中，得到了电子封装技术编委会成员的指导和帮助，在此对各委员在百忙之中给予的支持和帮助表示衷心的感谢，同时还要感谢林科碌硕士、卫三娟硕士和崔昊硕士在本书图片处理、文字校对等工作中提供的帮助。
　　最后感谢西安电子科技大学出版社在本书出版过程中所提供的大力支持。
　　编者
　　2016年8月

《先进微纳器件互连技术与热管理》 书籍简介 在当今电子信息技术飞速发展的浪潮中，器件的集成度不断提升，性能要求日益严苛。从智能手机、高性能计算到人工智能、物联网，无一不在挑战着传统电子器件的极限。而实现这些突破的核心，离不开微纳尺度下器件之间如何高效、可靠地进行信息和能量的交换，以及如何解决其产生的巨大热量问题。本书《先进微纳器件互连技术与热管理》正是聚焦于这一关键领域，深入探讨了现代电子系统中不可或缺的互连技术以及伴随而来的严峻热管理挑战，旨在为相关领域的研究人员、工程师及学生提供一本全面、深入且实用的技术参考。 本书并非泛泛而谈，而是致力于剖析当前和未来电子器件对互连技术提出的具体需求，以及由此衍生的各种创新性解决方案。我们知道，随着器件尺寸的不断缩小，传统的布线方式已难以为继，微纳尺度的互连结构成为必然。这包括了三维（3D）集成技术中垂直互连的挑战，如TSV（硅通孔）的设计、制造、可靠性及性能优化；以及芯片上（SoC）和片间（SiP）互连中，如何通过先进的金属导线、光波导、甚至分子纳米线等实现更密集、更高速的信号传输。本书将系统性地介绍这些互连技术的原理、材料选择、制造工艺以及性能评估方法。 在互连技术蓬勃发展的同时，其带来的高功率密度和随之而来的热量堆积，已经成为制约器件性能和可靠性的主要瓶颈。因此，本书将花费大量篇幅来探讨先进的热管理策略。我们不仅会回顾和分析传统的散热方法，如散热片、风扇和热管等，更会深入研究当前最前沿的微纳尺度的热管理技术。这包括了相变材料（PCM）在瞬态热管理中的应用，微通道液体冷却技术的设计与优化，以及基于热电（TE）材料的主动冷却方法。此外，本书还将探讨如何将热管理与互连设计相结合，实现“协同设计”，从而在源头上降低热阻，提高整体系统的散热效率。 内容深度与广度 本书的内容覆盖了从基础理论到前沿应用的广泛范畴： 第一部分：微纳互连技术的原理与进展 1. 微纳互连的物理基础： 深入剖析在微纳尺度下，信号传输和能量耗散的物理机制。我们将探讨高频信号在狭窄导线中的集肤效应、趋肤效应以及串扰问题，并分析这些效应如何影响互连的性能。同时，也将阐述电子在微纳结构中的热运动和能量转化过程，为理解热效应奠定基础。 2. 先进互连材料与结构： 详细介绍用于高性能互连的新型材料，如铜、铝的替代材料，如钌（Ru）、钴（Co）、镍（Ni）等，以及纳米线、碳纳米管（CNT）、石墨烯等二维材料在互连中的潜力。本书将聚焦于不同材料的电学、热学特性，以及它们在微纳加工中的适用性。此外，还将深入探讨各种互连结构，例如TSV的内部结构、侧壁粗糙度对性能的影响，以及3D堆叠中不同器件层之间的互连方式。 3. 三维（3D）与异构集成互连： 重点关注3D集成技术中的关键互连技术，包括TSV的深度、直径、密度对互连电阻、电容的影响，以及TSV制造过程中可能遇到的挑战，如缺陷控制和材料选择。同时，也将探讨先进封装技术，如扇出型晶圆级封装（InFO）、2.5D/3D封装中Chiplet之间的互连策略，以及异构集成（Heterogeneous Integration）所带来的互连多样性与复杂性。 4. 光互连与无线互连： 随着数据传输速率的不断提高，光互连在高性能计算和数据中心等领域的重要性日益凸显。本书将介绍硅光子（Silicon Photonics）技术在实现片上/片间光互连方面的进展，包括波导设计、光调制器、光探测器等关键组件的互连挑战。此外，也将初步探讨微波/毫米波无线互连在某些特定应用场景下的可能性。 5. 可靠性与测试： 互连结构的可靠性直接关系到整个电子系统的寿命和稳定性。本书将详细讨论互连结构在电迁移（Electromigration）、热机械应力（Thermo-Mechanical Stress）、应力迁移（Stress Migration）等因素下的失效机制，并介绍相关的可靠性评估方法和加速测试技术。 第二部分：先进微纳器件热管理技术 1. 微纳器件的热学特性与建模： 深入分析微纳器件的传热机理，包括热传导、热对流和热辐射在微观尺度下的表现。我们将介绍如何构建精确的数值模型来预测器件内部和周围的热分布，并讨论影响热性能的关键因素，如材料的导热系数、界面热阻（Kapitza Resistance）等。 2. 被动式热管理技术： 详细介绍各种被动式散热方案。这包括了高性能散热材料的选择与应用，如高导热陶瓷、金属基复合材料。本书将重点阐述微尺度散热片的设计优化、翅片结构的几何形状对散热效率的影响，以及微结构表面处理（如微槽、微孔）如何增强对流换热。此外，还将探讨相变材料（PCM）的吸热机制、选择原则以及在微纳器件热管理中的应用潜力。 3. 主动式热管理技术： 深入研究主动式散热方法，特别是当前研究热点。这包括了微通道液体冷却系统的设计原理、流体动力学分析以及换热效率的提升策略。我们将探讨不同微通道结构（如蛇形、层叠式）对散热性能的影响，以及在微纳尺度下泵送、流体分布的挑战。同时，也将重点介绍热电（TE）冷却技术，包括TE材料的性能指标、TE冷却器的设计与优化，以及如何将其集成到电子封装中实现局部精确冷却。 4. 热界面材料（TIMs）与界面热阻： 界面热阻是影响微纳器件散热效率的关键因素之一。本书将全面介绍各类热界面材料（TIMs），包括导热膏、导热垫、焊料等，并分析它们的导热机制、性能参数和选择标准。我们将重点探讨如何优化TIMs的涂覆工艺、压力控制，以及新型纳米复合TIMs在降低界面热阻方面的潜力。 5. 热管理与互连的协同设计： 本书的一个核心亮点在于强调热管理与互连设计并非孤立存在，而是需要进行协同优化。我们将探讨如何在互连网络的设计阶段就考虑散热需求，例如优化导线布局以减少局部热点，或者利用部分互连结构来辅助散热。反之，热管理方案的集成也应充分考虑对互连性能的影响，例如冷却流体对信号传输的影响。本书将提供一些协同设计的案例分析和方法论。 6. 先进封装与热管理集成： 随着封装技术的不断发展，热管理方案已经深度集成到封装结构中。本书将分析先进封装技术（如扇出型封装、2.5D/3D封装）在散热设计上的考量，以及如何利用封装材料、结构设计来优化热路径。例如，如何通过硅衬底、中间层（Interposer）等实现热量的有效导出。 目标读者 本书的目标读者广泛，包括但不限于： 高校与科研机构的研究人员： 致力于微电子、半导体、集成电路、材料科学、热力学等领域的科研人员，可以从中获得最新的理论知识和研究思路。 电子产品设计与制造工程师： 在芯片设计、封装设计、系统集成、热设计等岗位工作的工程师，将能够学习到解决实际工程问题的先进技术和方法。 相关专业的硕博士研究生： 作为课程学习和毕业设计的参考资料，帮助他们建立扎实的理论基础和深入的专业知识。 对电子封装与热管理感兴趣的技术爱好者： 了解当前电子技术发展的前沿，拓宽技术视野。 本书的特色 内容前沿且系统： 紧跟国际电子信息技术发展的最新动态，对微纳互连和热管理领域的关键技术进行深入剖析，内容系统而全面。 理论与实践相结合： 在深入阐述基本原理的同时，大量引用实际案例和工程应用，强调理论在解决实际问题中的指导作用。 跨学科视角： 融合了电子工程、材料科学、物理学、热力学等多个学科的知识，为读者提供更广阔的视野。 图文并茂： 包含大量精美的插图、图表和示意图，直观地展示复杂的技术概念和结构，增强可读性。 语言严谨且易懂： 采用专业、严谨的学术语言，但同时注重表达的清晰性和逻辑性，力求让不同背景的读者都能理解。 《先进微纳器件互连技术与热管理》并非一本简单的技术手册，而是一部旨在启发思考、推动创新的著作。它将带领读者深入探索电子器件微纳化趋势下，互连与热管理所面临的挑战与机遇，并共同勾勒出未来高性能、高可靠性电子系统发展的蓝图。本书的出版，必将为相关领域的学术研究和工程实践带来重要的推动作用。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我最初对电子封装这个话题并没有太多的概念，甚至觉得它只是一个技术性很强的“边角料”领域。直到我偶然间翻阅了这本书，才彻底改变了我的看法。它以一种非常引人入胜的方式，揭示了电子封装在现代科技中的核心地位。书中不仅详细介绍了各种封装技术的原理和优势，更重要的是，它阐述了封装设计如何直接影响到芯片的性能、功耗、散热以及整体产品的尺寸和成本。让我印象深刻的是，书中对不同封装材料的物理化学性质、热膨胀系数、导热性能等方面的深入探讨，以及这些因素如何通过精巧的设计转化为实际产品的优异表现。我尤其欣赏书中对一些前沿封装技术的介绍，例如异构集成、扇出封装等，这些技术正在推动着电子行业的持续进步，而这本书能够将这些复杂的技术概念清晰地传达给读者，实属不易。通过阅读这本书，我不仅对电子封装有了宏观的认识，也对其中蕴含的精密设计和工程智慧有了深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！我是一名在电子产品行业摸爬滚打多年的工程师，一直以来，虽然我们关注元器件的性能，但电子封装作为连接元器件与外部世界的桥梁，其重要性常常被低估，或者说，真正深入理解其设计原理和工艺流程的书籍却少之又少。市面上很多资料要么过于理论化，要么局限于特定技术，很难系统地建立起一个完整的认知体系。而当我翻开这本书，就像打开了一个新世界的大门。它并没有一开始就堆砌晦涩的公式和枯燥的理论，而是从最基础的概念讲起，循序渐进地剖析了不同类型电子封装的结构特点、材料选择、热学和力学性能分析，以及它们如何影响整个电子产品的可靠性和性能。书中对先进封装技术的介绍尤为精彩，比如2.5D和3D封装，这些技术正在深刻地改变着芯片的集成方式和性能边界，而这本书却能将其复杂的原理和设计要点清晰地呈现出来，让我受益匪浅。我特别欣赏书中对于实际案例的分析，那些贴近实际生产和设计中的挑战，让我能够将书本知识与我的工作经验进行有效的结合与反思。

评分☆☆☆☆☆

我一直对电子产品的内部结构充满了好奇，尤其是那些小小的芯片是如何被“包裹”起来，并与电路板连接的。在接触这本书之前，我对于“封装”这个词的理解仅停留在“保护芯片”这个层面，除此之外，一无所知。然而，随着阅读的深入，我才意识到电子封装远比我想象的要复杂和精妙。这本书就像一位经验丰富的向导，带领我一步步探索这个隐藏在设备核心的微观世界。我了解到，不同的封装形式不仅影响着芯片的尺寸和散热，更直接关系到信号的传输速度、功耗以及产品的整体稳定性。书中对各种封装材料的特性、连接技术的演进，以及在不同应用场景下的考量都进行了细致的阐述，比如对高频高速信号传输的封装设计要求，对车载电子产品严苛环境下的封装可靠性分析，都让我大开眼界。我尤其喜欢书中对于一些“细节”的关注，比如焊盘的设计、键合线的长度和角度，这些看似微不足道的细节，竟然会对最终的性能产生如此大的影响，实在是令人惊叹。

评分☆☆☆☆☆

作为一个曾经在生产线上奋斗多年的技术人员，我深知封装环节是电子产品制造中的一个关键瓶颈。我们经常会遇到因为封装设计不当而导致的良率问题、返修率居高不下，以及产品在实际使用中出现各种意想不到的故障。这本书的出现，简直是为我们这些一线人员提供了一份“宝典”。它并没有回避生产中的实际困难，而是从设计源头出发，分析了各种封装结构在制造过程中可能遇到的挑战，以及如何通过优化设计来提高可制造性和可靠性。书中对不同焊接工艺、测试方法在封装设计中的考量，以及如何进行失效分析，都提供了非常实用的指导。我尤其欣赏书中对于一些“老生常谈”问题的深入剖析，比如如何平衡成本与性能，如何选择最合适的封装形式以应对特定的工作环境。这本书的内容触及了电子封装的方方面面，让我对这个看似简单的环节有了全新的认识，也为我今后的工作提供了重要的指导方向。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子工程专业的学生，在学习过程中，总是感觉理论知识与实际应用之间存在着一道鸿沟。尤其是在课程设置中，关于电子封装的部分往往是点到为止，难以形成一个完整的知识体系。直到我接触到这本书，我才找到了弥补这一缺憾的绝佳材料。它不仅为我系统地梳理了电子封装的基础知识，更重要的是，它通过大量的图示和实例，将抽象的理论具象化，让我能够更直观地理解封装结构的设计原理和工艺流程。书中对封装材料的性能参数、热管理技术、可靠性评估方法都有深入的讲解，这些都是我未来从事研发工作所必须掌握的知识。让我印象深刻的是，书中还探讨了未来电子封装的发展趋势，比如对柔性电子、微型化封装的需求，这让我对这个领域的前景充满了期待，也为我的学习方向提供了宝贵的参考。这本书的语言风格也十分友好，即使是初学者也能轻松阅读，并且能够从中获得深刻的启发。