微电子封装超声键合机理与技术 9787030412140 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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韩雷 著

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• 材料科学
• 精密制造
• 科学出版社
• 9787030412140

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030412140

商品编码：29582801435

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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作者介绍

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文摘

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序言

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微电子封装中的精密焊接技术：先进互连解决方案的探索 在日新月异的微电子产业中，封装技术扮演着至关重要的角色，它不仅是保护芯片免受外界环境影响的屏障，更是实现芯片之间以及芯片与外部电路之间高效、可靠连接的关键。随着电子器件集成度的不断提升和性能要求的日益严苛，传统的封装方式正面临着新的挑战，对连接技术的精密度、可靠性和效率提出了前所未有的要求。在众多先进互连技术中，超声键合（Ultrasonic Bonding）以其独特的优势，在微电子封装领域获得了广泛的应用和深入的研究。 超声键合：一种非传统的焊接范式 超声键合，顾名思义，是一种利用超声波能量来促进金属材料之间连接的焊接工艺。与传统的电阻焊、激光焊等需要熔化材料的焊接方法不同，超声键合的核心在于利用高频振动产生的机械能，在相对较低的温度下，通过材料的塑性变形和原子间的扩散作用，实现牢固的金属间结合。这种“固态焊接”的特性，使得超声键合在处理对高温敏感的材料和精密器件时，展现出独特的优势。 核心机理：能量的传递与转换 超声键合的过程，是一个精妙的能量传递与转换的过程。首先，超声波发生器将电能转化为高频的机械振动。这种振动通过超声换能器和声学系统，被耦合到焊头（也称为工具头）。焊头的设计至关重要，它通常具有特定的形状和尺寸，用于将超声能量精确地传递到待焊接的工件表面。 当焊头以预设的压力压紧被连接的两个金属工件（例如，芯片上的引线键合焊盘与基板上的连接点，或者两层金属箔）时，超声能量被引入。在高频振动的驱动下，焊头在工件表面以非常小的幅度、非常高的频率进行往复运动。这种运动产生以下几个关键效应： 1. 表面清洁效应： 振动能够有效地清除工件表面的氧化层、污垢和其他杂质。这些表面污染物会阻碍金属原子间的直接接触，影响焊接强度。超声振动产生的微观滑动和摩擦，有助于将这些污染物“打碎”或“推开”，暴露出洁净的金属表面。 2. 塑性变形： 在超声振动的作用下，金属工件表面的微小区域会发生塑性变形。这种变形使得原本不规则的表面变得更加平整，增大了实际接触面积。同时，塑性变形还会导致晶格畸变，增加材料的内能，促进原子间的扩散。 3. 摩擦生热： 尽管超声键合是一种固态焊接，但工件表面之间以及工件与焊头之间的摩擦，仍然会产生一定的热量。然而，这种热量通常不足以使材料熔化，而是将材料加热到足够高的温度，以促进原子扩散和金属间化合物的形成。 4. 金属间化合物形成： 在清洁的金属表面、增大的接触面积以及适宜的温度下，连接处的金属原子会发生相互扩散，形成固溶体或金属间化合物。这些化合物的形成是实现牢固结合的根本原因。 关键工艺参数的调控：精益求精的追求 超声键合的成功与否，以及焊接质量的优劣，高度依赖于对一系列工艺参数的精确控制。这些参数相互关联，共同决定了焊接过程中能量的施加方式和材料的反应程度。 超声功率 (Ultrasonic Power)： 这是驱动超声换能器产生振动的能量大小。功率越高，振动的幅度越大，传递的能量越多，越容易实现材料的塑性变形和键合。然而，过高的功率可能导致焊头过度磨损、材料过度变形甚至损坏。 焊接时间 (Bonding Time)： 指焊头在施加超声振动的同时对工件施加压力的持续时间。时间过短，材料可能没有充分塑性变形和扩散；时间过长，可能导致过度加热、材料性能下降或焊头过早磨损。 焊接压力 (Bonding Force)： 指焊头施加在工件上的垂直力。压力越大，工件之间的接触越紧密，越有利于超声能量的传递和表面氧化层的清除。但过大的压力可能导致材料过度变形、底材损伤或焊头局部应力过大。 振动频率 (Frequency)： 通常采用20kHz、40kHz或60kHz等高频振动。频率的选择会影响能量传递的效率和表面效应。 焊头设计 (Tool Design)： 焊头的几何形状、尺寸、材料以及表面的微观结构，对超声能量的聚焦、传递以及与工件的耦合起着决定性作用。例如，常用的焊头类型有楔形焊头（Wedge Tool）和球形焊头（Ball Tool），它们分别适用于不同的焊接应用。 砧座 (Anvil)： 位于下方的支撑工件的部件，也可能对焊接过程产生影响，其表面特性和刚度都需要与焊头和工件相匹配。 广泛的应用领域：无处不在的精密连接 超声键合凭借其独特的优势，在微电子封装的多个环节得到了广泛的应用，成为实现高密度、高性能封装的关键技术之一。 引线键合 (Wire Bonding)： 这是超声键合最经典的也是最广泛的应用之一。将芯片上的焊盘与封装基板上的引脚连接起来，通常使用金线、铝线或铜线。超声引线键合能够以较低的温度、在较短的时间内实现可靠的连接，尤其适用于对温度敏感的半导体器件。 带状键合 (Ribbon Bonding)： 当需要传输较大电流或者对电感要求较高时，会使用扁平的金属带（如金带、铝带）替代圆线进行连接。超声带状键合同样能够提供高效可靠的互连。 叠焊 (Wedge-to-Pad Bonding / Flip Chip Bonding)： 在某些封装结构中，需要将芯片直接与基板上的焊盘进行连接，或者将芯片上的焊盘与另一层金属进行连接，这可以通过超声叠焊技术实现。 电池连接： 在锂离子电池等储能器件的制造中，超声键合被用于连接电池极片与汇流排，能够快速、高效且无损地实现高导电性的连接。 太阳能电池互连： 在太阳能电池板的制造过程中，使用超声键合连接电池片之间的汇流条，可以提高生产效率和连接可靠性。 精密金属箔连接： 在柔性电子、传感器等领域，常常需要将非常薄且精密的金属箔进行连接，超声键合能够满足这些高精度、低损伤的要求。 MEMS器件封装： 传感器、微执行器等MEMS器件的封装，通常需要在微小的空间内实现精密的电气和机械连接，超声键合是实现这些连接的有效手段。 面向未来的挑战与发展趋势：持续的创新与突破 尽管超声键合技术已经取得了显著的成就，但随着微电子技术的飞速发展，它仍然面临着新的挑战，并呈现出新的发展趋势： 1. 更高密度与更小尺寸的互连： 随着芯片集成度的不断提高，封装尺寸不断缩小，对键合线/焊点的密度和尺寸提出了更高的要求。这需要更精密的焊头设计、更均匀的能量传递以及更可控的工艺参数。 2. 异种金属的键合： 随着新材料的引入，异种金属（例如，铜与铝、铜与金）之间的键合变得越来越重要。超声键合在处理某些异种金属组合时，能够有效抑制脆性金属间化合物的形成，从而提高连接的可靠性。 3. 自动化与智能化： 为了满足大规模生产的需求，超声键合设备正朝着高度自动化和智能化的方向发展。这包括机器视觉、在线检测、自适应控制等技术的应用，以提高生产效率、降低成本和保证质量。 4. 在线监控与过程控制： 实时监测焊接过程中的关键参数，并根据实时数据进行反馈控制，是提升焊接一致性和可靠性的重要途径。这需要开发更先进的传感器和控制算法。 5. 环保与可持续性： 随着对环境保护要求的提高，低能耗、少污染的超声键合技术本身就具有一定的优势。未来的发展将更加注重材料的绿色化和工艺的节能化。 6. 微型化与微功耗设备的需求： 针对可穿戴设备、物联网传感器等微型化、低功耗应用，对封装的尺寸、功耗和可靠性都有极高的要求。超声键合将在其中扮演更重要的角色。 结论 微电子封装中的精密焊接技术，尤其是超声键合，是实现现代电子器件高性能、高可靠性和小型化的关键支撑。它通过巧妙地利用超声波能量，在固态下实现金属间的牢固连接，有效解决了高温焊接带来的诸多限制。随着技术的不断演进和应用需求的日益多样化，超声键合必将在未来的微电子产业中继续发挥不可替代的作用，驱动着电子技术的不断进步和创新。对这一技术的深入理解和持续研究，对于推动微电子封装行业的发展，以及满足日益增长的先进电子产品市场需求，具有重要的理论和实践意义。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子工程专业的在读研究生，目前的研究方向与微电子封装紧密相关。在导师的推荐下，我阅读了这本书。这本书在超声键合的理论深度和技术广度上，都给我留下了深刻的印象。书中对超声波在固体材料中传播的物理现象，以及能量如何耦合到键合界面，实现原子间的冶金连接，有着非常详尽的阐述。我特别喜欢书中对几种主流微电子封装中超声键合技术的比较分析，这让我能够清晰地认识到不同技术在应用场景、优缺点以及技术瓶颈上的差异。比如，在讨论引线键合时，书中对金丝、铜丝、铝丝在超声能量作用下的形变特性进行了细致的比较，这对于我选择合适的键合材料非常有启发。虽然书中的部分内容涉及到高级的数值模拟和实验表征技术，需要结合其他文献一起学习，但整体而言，这本书为我构建了关于微电子封装超声键合的扎实理论基础，为我后续深入研究打下了坚实的地基。

评分☆☆☆☆☆

作为一个多年从事封装工艺优化的工程师，我一直在寻找能够真正解决生产中遇到的瓶颈的书籍。这本书在微电子封装的超声键合机理与技术方面，可以说是我近几年来读过的最系统、最深入的一本。书中对超声振动在键合过程中的能量传递、应力分布以及材料塑性变形的理论模型推导，非常严谨，并且提供了详细的数学公式和物理图像，这对于我理解和优化工艺参数非常有指导意义。例如，在解决虚焊或金丝球（ball bond）强度不足的问题时，书中的理论分析能够帮助我 pinpoint 问题的根源，而不是仅仅依靠经验进行反复试错。另外，书中关于键合过程中产生的各种失效模式的分析，以及相应的预防和诊断方法，更是我解决实际生产难题的宝贵财富。它不仅仅停留在“是什么”，更深入到“为什么会这样”以及“如何去解决”。我尤其赞赏书中对新材料和新工艺的探讨，虽然这些内容可能还不那么成熟，但其前瞻性为我们指明了未来技术发展的方向。

评分☆☆☆☆☆

我的工作涉及电子产品的质量控制，对于任何可能影响产品可靠性的环节都异常敏感。微电子封装中的键合工艺，特别是超声键合，是连接芯片和外部电路的关键，其质量直接关系到产品的长期稳定性。拿到这本书后，我首先关注的是其对于键合失效模式的分析。书中详细列举了诸如拉力不足、剪切强度不够、虚焊、氧化层影响等多种典型失效情况，并从机理上进行了深入剖析。这对于我制定更完善的质量检测标准和失效分析流程非常有帮助。例如，书中关于金丝键合过程中金球形成的不均匀性与界面结合强度的关系，提供了科学的解释，让我能够更精准地定位潜在的质量风险。虽然书中涉及的一些声学和材料力学公式对我来说略显晦涩，但我通过书中提供的图示和案例，仍然能够抓住核心的理解点。这本书就像一个经验丰富的“老医生”，能够准确地诊断出封装过程中的“病症”，并开出“药方”。

评分☆☆☆☆☆

这本书我拿到手大概有半个月了，一直想写点什么，但总觉得言语难以尽述。从封面上那略显专业的术语“微电子封装”、“超声键合”，我就知道这绝对不是一本能轻松“读”的书。我本身是做电子产品研发的，虽然不是直接接触封装设备，但产品能否稳定可靠地工作，封装环节至关重要，尤其是在集成电路越来越小型化、集成度越来越高的今天。这本书的出现，就像是为我打开了一个新的窗口，让我有机会窥探到那些隐藏在精密电路背后的关键技术。翻开目录，我看到了从基础理论到实际应用的各个层面，从材料的相互作用，到设备的工作原理，再到工艺的优化和失效分析，每一章都像是通往真相的一段阶梯。我尤其对其中关于超声能量如何传递、如何与材料发生耦合，最终实现键合的详细阐述感到着迷。那种细致入微的分析，让我对日常工作中习以为常的电子元件产生了全新的敬畏感。虽然其中涉及的物理化学原理和数学模型对我来说是很大的挑战，需要反复研读，但正是这种深度，才让我觉得这本书的价值所在。它不像市面上很多技术手册那样浅尝辄止，而是深入到问题的本质，试图解释“为什么”。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对半导体封装技术充满好奇的业余爱好者，虽然没有科班出身的背景，但凭着一股热情，一直在自学相关知识。市面上关于封装的书籍不少，但大多要么过于理论化，要么过于偏向商业推广，很少有能像这本书这样，既有扎实的理论基础，又注重实际操作细节的。我特别欣赏书中对于超声键合过程中各种参数的分析，比如频率、功率、时间和压力等，以及这些参数如何相互影响，最终决定键合的质量。书中还配有很多原理图和实验数据，这对我理解抽象的概念非常有帮助。举个例子，书中对不同金属材料在超声键合下的界面形成过程进行了详细的讲解，包括金属的塑性变形、表面氧化物的破碎以及新界面的形成等，这些细节的披露，让我对微观世界的奇妙变化有了更直观的认识。虽然有些篇章对我的知识储备来说还是有些吃力，需要查阅大量补充资料，但这种“啃硬骨头”的过程本身就充满了乐趣。我希望通过阅读这本书，能够更深入地理解现代电子产品之所以能够如此小巧、强大，背后的工程智慧有多么令人惊叹。