微电子封装超声键合机理与技术 韩雷 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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韩雷 著

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• 韩雷

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030412140

商品编码：29330700200

包装：精装

出版时间：2014-06-01

基本信息

书名：微电子封装超声键合机理与技术

定价：150.00元

作者：韩雷

出版社：科学出版社

出版日期：2014-06-01

ISBN：9787030412140

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《微电子封装超声键合机理与技术》可作为高等院校微电子制造工程专业的研究生参考书，也可供机械、材料、测控技术等领域从事微电子制造研究的科研人员使用和参考。

内容提要

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《微电子封装超声键合机理与技术》是作者关于超声键合机理和技术研究的总结。主要内容包括：微电子制造的发展，超声键合在封装互连中的地位、研究现状、存在问题；换能系统的设计原则、仿真手段和实际使用中的特性测试；对超声键合微观实验现象以及机理的科学认识和推断；热超声倒装键合工艺的技术研究；键合过程和键合动力学的检测；叠层芯片互连；铜线键合、打火成球、引线成形、超声电源。

目录

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目录

前言

章绪论1

1 1新技术革命浪潮下的微电子制造1

1 2现代微电子制造业中的封装互连4

1 3微电子封装测试和可靠性10

1 4微电子封装互连的发展趋势12

1 5超声键合机理与技术研究16

参考文献24

第2章换能系统振动特性有限元分析25

2 1压电材料结构的有限元方法25

2 2换能系统有限元模型28

2 3模态分析30

2 4谐响应分析41

参考文献43

第3章换能系统多模态特性实验研究44

3 1测试方法44

3 2测试结果46

3 3键合工具响应振型与运动轨迹分析50

3 4多模态特性对键合质量的影响52

3 5换能系统多模态产生原因及抑制建议55

参考文献59

第4章换能系统优化与设计61

4 1基本结构尺寸计算61

4 2基于频率灵敏度方法的系统结构优化65

4 3加工与装配68

4 4设计实例69

参考文献74

第5章PZT换能系统的特性和行为75

5 1换能系统等效电路与电学导纳特性75

5 2阻抗分析仪测试换能系统的电学特性82

5 3加载电压对PZT压电换能器稳态电学特性的影响87

5 4环境温度对PZT压电换能器稳态电学特性的影响90

5 5连接松紧度对PZT压电换能器稳态电学特性的影响93

5 6超声换能系统的稳态响应与速度导纳97

5 7超声换能系统的实际加卸载过程100

5 8超声换能系统的俯仰振动103

5 9劈刀的振动模态110

5 10换能系统电学输入的复数表示117

5 11实际引线键合过程换能系统的能量输入122

参考文献125



第6章超声键合界面快速形成机理128

6 1超声振动激活金属材料位错的观察128

6 2原子扩散体系的激活能及快速通道机制134

6 3超声界面快速扩散通道机理143

参考文献146







第7章扩散键合界面强度构成与演变规律148

7 1界面原子扩散层厚与微结构强度构成148

7 2超声键合过程多参数与键合界面微结构演变规律155

7 3超声键合系统阻抗/功率特性164

参考文献175

第8章热超声倒装键合界面规律与键合工具设计176

8 1热超声倒装实验平台的搭建176

8 2多点芯片热超声倒装键合的实现177

8 3倒装凸点的热超声植球工艺探索180

8 4倒装界面、键合工具、工艺的协同181

参考文献183

第9章倒装多界面超声传递规律与新工艺184

9 1倒装二键合界面TEM特性与界面扩散184

9 2倒装二界面性能分析与工艺新构思188

9 3基板传能与基板植球倒装实现与传能规律192

9 4热超声倒装二界面传能规律分析195

9 5热超声倒装键合过程多参数影响规律198

参考文献200

0章热超声倒装键合实验系统及其相关技术201

10 1热超声倒装键合试验台201

10 2超声在变幅杆 工具中的传递208

10 3超声在倒装界面间的传递过程215

10 4热超声倒装键合过程监测系统229

10 5键合过程监测系统数据采集和分析237

10 6金凸点 焊盘界面的有限元模型及其求解244

10 7键合力和超声振动对键合面应力分布的影响250

10 8键合强度的形成机理255

参考文献263



目录 v

vi 微电子封装超声键合机理与技术



1章热超声倒装键合工艺优化266

11 1超声功率对热超声倒装键合的影响266

11 2键合力对热超声倒装键合的影响270

11 3键合时间对热超声倒装键合的影响273

11 4超声作用下金凸点的变形测量276

11 5热超声倒装键合的典型失效形式279

11 6新型热超声倒装键合工艺的提出282

11 7阶梯式键合参数加载过程对倒装键合强度的影响283

参考文献291

2章引线键合过程的时频分析293

12 1新的解决方案——时频分解293

12 2键合压力改变对键合强度的影响299

12 3劈刀松紧度影响的时频特征321

12 4换能系统俯仰振动的时频特征333

参考文献337

3章换能系统与键合动力学的非线性检测与分析340

13 1工艺窗口与非线性过程340

13 2锁相非线性342

13 3换能系统的非平稳加载345

13 4动力学系统的实验建模与键合工具对换能系统的非线性作用346

13 5加载边界条件以及滑移/黏滞现象351

13 6相关分析及其应用354

13 7关联维数分析及其应用359

13 8键合动力学细节判断与认识368

13 9Lyapunov指数分析及其应用377

参考文献381

4章加热台温度引起对准误差的检测与消除383

14 1热超声倒装键合机的视觉系统384

14 2系列图像的预处理和基本评价387

14 3图像整体抖动的Weibull模型391

14 4图像的错位和畸变395

14 5加热条件下系列图像的整体和局部运动405

14 6吹气装置的实验研究411

参考文献418

5章基于高速摄像的EFO打火成球实验研究421

15 1研究背景421

15 2打火成球过程研究实验系统423

15 3球形成过程的分析429

15 4高尔夫球形成规律实验研究438

15 5打火成球过程的热能量利用估算447

参考文献459

6章三维叠层芯片的互连461

16 1摩尔定律与叠层芯片互连461

16 2压电底座激振装置463

16 3激励源与激振信号464

16 4叠层芯片一阶固有频率的实验判别473

16 5红外测温的可行性与加热台的升温479

16 6加热升温的建模与芯片结构测温实验结果481

16 7叠层芯片引线键合动力学条件的讨论489

参考文献491

7章悬臂键合与铜线互连493

17 1超声驱动电信号分析493

17 2悬臂键合芯片挠度及键合点形貌特性495

17 3悬臂键合强度与界面结构分析497

17 4提高悬臂键合强度的工艺研究499

17 5铜线悬臂键合特性与规律505

17 6Cu线键合界面的微区X衍射与HRTEM测试与分析509

17 7界面Cu Al金属化合物形成条件及其晶体结构特性511

17 8铜线键合界面特性与键合强度的关系519

17 9Cu线和Au线键合界面微观特性与性能比较519

参考文献524

8章引线成形过程的研究528

18 1引线成形过程的研究现状528

18 2基于高速摄像的引线成形过程实验研究529

18 3引线成形过程的有限元分析558

参考文献573

9章基于FPGA的超声发生器设计与实现575

19 1超声发生器的研究现状575

19 2超声发生器的建模与仿真581

19 3超声发生器的频率控制594

19 4基于FPGA的智能超声发生器设计606

19 5智能超声发生器的性能测试621

参考文献631

目录 vii

viii 微电子封装超声键合机理与技术

作者介绍

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文摘

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序言

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先进微纳制造与精密集成：聚焦超声键合的核心技术与前沿探索 在日益 miniaturized 且功能日益强大的电子产品浪潮中，微电子封装技术扮演着至关重要的角色。它不仅是连接芯片与外部世界的桥梁，更是决定器件性能、可靠性和成本的关键环节。在众多封装技术中，超声键合以其独特的非熔化连接、低温工艺和高可靠性优势，在微电子、MEMS、光电器件乃至生物传感器等领域展现出强大的生命力和广阔的应用前景。本书籍，旨在深入剖析超声键合这一关键制造工艺的核心机理，并系统梳理其最新的技术进展与应用实践，为相关领域的科研人员、工程师以及高等院校师生提供一部全面、深入且具有指导意义的参考读物。 本书并非仅仅罗列技术参数与操作流程，而是力求从微观层面揭示超声键合过程的物理本质。我们将详细探讨超声能量在键合界面是如何传递、分散和转化的。这涉及到超声换能器的工作原理、声波在不同材料中的传播特性、以及在键合界面处发生的复杂声学现象，如驻波效应、散射与衍射等。理解这些基础的声学行为，是优化键合工艺、提高键合质量的基石。 更进一步，本书将聚焦于超声键合过程中的核心物理机制。我们将深入分析在超声振动作用下，金属焊线（如金线、铜线）或金属带材与基板（如金垫、焊盘）表面发生的形变、塑性流动以及微观表面的清洁与活化过程。这包括了应力-应变分析、材料塑性变形理论在键合界面上的应用，以及表面氧化层、污染物在超声振动下的破碎、扩散和移除机制。我们将详细阐述“摩擦-焊接”理论，即通过超声振动产生的相对滑动摩擦，在高温高压的微小接触区域实现金属原子间的冶金结合。对界面微观结构的演化，如晶粒长大、界面扩散、以及可能存在的夹杂物或空洞的形成与演变，也将进行细致的描绘与分析。 此外，本书还将系统阐述影响超声键合质量的关键工艺参数及其相互作用。这包括超声频率、功率、作用时间（即“钳位时间”）以及施加的垂直压力（即“钳位力”）。我们将探讨不同参数组合如何影响键合界面应力分布、形变程度、以及金属结合强度。例如，过高的超声功率可能导致焊线或焊盘的过度形变，甚至断裂，而过低的功率则无法实现有效的金属结合。同样，不恰当的压力和时间也可能导致虚焊或过焊。书中将结合大量实验数据和仿真模型，揭示这些参数背后的物理规律，并提供优化参数以实现最佳键合效果的指导。 在材料科学方面，本书将重点关注参与超声键合的各种材料体系的特性及其对键合质量的影响。这包括了不同种类的金属焊线（金、铜、铝、银等）及其合金化带来的性能差异，以及它们与各种基板材料（如硅、陶瓷、聚合物、金属互连层等）之间的润湿性、扩散性以及界面反应。我们将深入讨论表面处理技术，如等离子体处理、化学清洗、以及机械抛光等，如何影响键合前基板表面的清洁度、粗糙度和形貌，进而对超声键合的初始接触和最终结合质量产生决定性影响。 从技术应用的角度，本书将全面梳理超声键合在不同领域的具体实现与发展。在传统的微电子封装领域，我们将探讨其在引线键合（Wire Bonding）中的应用，包括金线键合、铜线键合和铝线键合等，以及其在多层布线、高密度封装中的挑战与解决方案。特别地，我们将关注在异质集成、三维封装（3D Packaging）等前沿技术中，超声键合如何扮演连接不同材料、不同功能模块的关键角色。 本书还将深入探讨超声键合在MEMS（微机电系统）器件制造中的独特价值。MEMS器件通常尺寸微小，对封装的精度和可靠性要求极高。超声键合能够实现对精密结构的无损封装，并且其低温特性非常适合与对温度敏感的MEMS器件配合。我们将讨论其在传感器、微执行器、微流控芯片等MEMS产品的封装应用，以及在实现气密性、液密性封装方面的技术考量。 此外，在光电器件封装领域，超声键合也展现出其不可替代的优势。例如，在LED、激光二极管、光电探测器等器件的封装中，需要精确对准和稳定连接。超声键合能够提供高可靠性的电气和光学连接，并且其低温工艺避免了对敏感光敏材料的热损伤。本书将分析超声键合在此类应用中的具体实施方案和优化策略。 面向日益发展的先进封装趋势，本书还将探讨超声键合在更广泛的集成技术中的作用。例如，在柔性电子、可穿戴设备、以及生物医学电子产品的制造中，材料的多样性、结构的复杂性以及对封装工艺的要求都提出了新的挑战。超声键合凭借其适应性强的特点，正在为这些新兴领域提供创新的解决方案。 为了促进技术交流与创新，本书还将重点关注超声键合技术的最新研发动态。这包括新型超声换能器材料与设计、更高效的声波聚焦技术、智能化的工艺控制系统、以及与人工智能（AI）和机器学习（ML）相结合的工艺优化方法。例如，如何利用AI算法分析键合过程中的实时数据，预测和控制键合质量，从而实现自动化、高效率的生产。 本书还注重实际操作的指导性。我们将介绍不同类型超声键合设备的结构特点、工作原理以及选型原则。对于工艺操作，我们将提供详细的步骤指导，包括设备调试、工艺参数设置、质量检测方法等，并结合实际案例分析常见的问题及其解决方案。质量检测方面，我们将覆盖宏观检测（如外观检查、键合拉力测试、剪切测试）和微观检测（如扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM、X射线显微镜等），以及非破坏性检测技术（如超声波检测、X射线成像）在评估键合质量中的应用。 总而言之，本书旨在为读者构建一个系统、深入且与时俱进的超声键合技术知识体系。通过对基本机理的深刻理解，对关键技术参数的精准把握，以及对多元化应用场景的全面梳理，我们期望能够激发读者在微电子封装超声键合领域进行更深入的研究与创新，从而推动整个微纳制造和精密集成技术迈向新的高峰。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书的目录和前言，我立刻被其严谨的结构和详实的论述所吸引。作者显然花费了大量的心思去组织和梳理微电子封装超声键合的各个方面，从最基础的物理模型，到具体的工艺流程，再到质量控制和未来发展趋势，都有着清晰的脉络。我尤其对其中关于超声波在材料界面产生塑性变形和原子间键合的机理描述感到兴奋。书中对于不同键合方式（如金丝球焊、金丝楔焊等）的详细介绍，以及它们在不同应用场景下的优劣势分析，都让我受益匪浅。我一直觉得，要真正掌握一项技术，不仅要知道“怎么做”，更要理解“为什么这么做”。这本书似乎正是朝着这个方向深入挖掘，它不仅会教我如何操作设备，更会让我理解每一个参数设定的背后逻辑，以及材料特性和工艺参数之间的微妙关系。我特别希望书中能有相关的图示和实验数据来佐证其观点，这样可以帮助我更好地理解抽象的理论概念。这本书的深度和广度，预示着它将成为我学习和研究微电子封装技术的一个重要参考。

评分☆☆☆☆☆

在现代科技飞速发展的今天，对精细制造和微小器件的操控能力的要求越来越高，而微电子封装正是这一领域的核心技术之一。这本书的出现，为我提供了一个深入了解“超声键合”这一关键技术的绝佳机会。我一直认为，任何一项先进技术的背后，都离不开对其基本原理的深刻理解。因此，我非常期待本书能详尽地阐述超声波能量如何在微观层面引发材料的形变和结合，以及不同金属材料（如金、铜、铝）在超声键合过程中的相互作用机制。作者韩雷的名字，似乎暗示着他在该领域有着深厚的学术造诣和丰富的实践经验。我希望这本书不仅能给我带来理论上的启迪，更能在实际操作层面提供指导。例如，在实际的生产线上，如何选择合适的超声频率、功率、时间和压力，以及如何对这些参数进行精确控制，以确保键合的可靠性和稳定性，这些都是我非常关心的问题。如果书中能够包含一些关于新型键合材料和工艺的介绍，那就更具前瞻性了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目《微电子封装超声键合机理与技术》一眼就吸引了我，因为它触及了现代电子产业中最具挑战性和创新性的领域之一。我一直对那些能够实现微小物体之间精确、可靠连接的技术感到着迷，而超声键合正是其中一种极具代表性的方法。我非常好奇，通过声波这一看似无形的能量，如何能够实现对微米级金属线的精妙操控，并形成坚固的连接。这本书的作者，韩雷，想必是一位在该领域深耕多年的专家。我期待这本书能够深入浅出地讲解超声键合的基本原理，例如声波的传播、能量的转换以及在材料界面产生的物理效应。更重要的是，我希望能够了解到实际应用中的各种技术细节，比如不同的键合类型（如球形接点、楔形接点等）的特点和适用场景，以及在实际生产过程中，如何通过调整工艺参数来优化键合质量，例如提高键合强度、降低接触电阻等。如果书中能包含一些实例分析，讲述如何解决实际生产中遇到的挑战，那就更具参考价值了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当简洁大方，虽然我还没来得及深入阅读，但仅凭书名和作者信息，就足以勾起我对微电子封装技术浓厚的好奇心。我一直对电子产品内部那些微小却至关重要的连接技术感到着迷，而“超声键合”这个词汇更是带有一种技术革新和精密度制造的意味。想象一下，通过声波的力量，将细如发丝的金属线精准地连接到芯片的引脚上，这其中的原理和工艺想必蕴含着深厚的物理学和工程学知识。韩雷这个名字，或许是一位在这一领域有着丰富实践经验和独到见解的专家。我期待这本书能像一把钥匙，为我打开微电子封装世界的大门，让我了解到从基本的物理效应到具体的设备操作，再到实际生产中的挑战与解决方案。我尤其关心这本书是否会深入剖析超声波能量是如何被转化为键合力的，以及不同材料之间的键合效果会受到哪些因素的影响。如果它能提供一些案例分析，那就更好了，那样可以帮助我更直观地理解理论知识在实际应用中的体现。总而言之，这是一本值得我投入时间和精力去探索的书籍，它承诺将带我领略现代电子制造中一项核心技术的魅力。

评分☆☆☆☆☆

从读者角度来看，我通常会被那些能够激发我思考，并且能让我看到实际应用价值的书籍所打动。这本书的题目《微电子封装超声键合机理与技术》恰恰具备了这种潜力。我一直对电子产品的小型化、高性能化趋势感到好奇，而微电子封装正是实现这一目标的关键环节。超声键合作为一种非加热或低加热的连接技术，在精密电子器件的制造中扮演着不可或缺的角色。我猜想，这本书会详细介绍超声键合过程中涉及到的声学原理、能量传递方式，以及材料的力学和电学特性在键合过程中的作用。如果书中能够结合一些实际案例，比如智能手机、医疗电子设备等高性能产品的封装过程，那就更能体现其技术价值。我非常期待能够从这本书中学习到如何优化键合参数以提高良品率，以及如何诊断和解决在实际生产中可能遇到的各种问题。这本书的出现，对于我这样想要深入了解半导体制造产业链的读者来说，无疑是一份宝贵的财富。