微電子封裝超聲鍵閤機理與技術 韓雷 9787030412140 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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韓雷 著

圖書標籤:

• 微電子封裝
• 超聲鍵閤
• 鍵閤機理
• 鍵閤技術
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• 電子封裝
• 材料科學
• 工藝技術
• 韓雷
• 9787030412140

店鋪： 北京十翼圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030412140

商品編碼：29524640049

包裝：精裝

齣版時間：2014-06-01

基本信息

書名:微電子封裝超聲鍵閤機理與技術

定價：150.00元

售價：123.0元,便宜27.0元,摺扣82

作者:韓雷

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2014-06-01

ISBN：9787030412140

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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《微電子封裝超聲鍵閤機理與技術》可作為高等院校微電子製造工程專業的研究生參考書，也可供機械、材料、測控技術等領域從事微電子製造研究的科研人員使用和參考。

內容提要

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《微電子封裝超聲鍵閤機理與技術》是作者關於超聲鍵閤機理和技術研究的總結。主要內容包括：微電子製造的發展，超聲鍵閤在封裝互連中的地位、研究現狀、存在問題；換能係統的設計原則、仿真手段和實際使用中的特性測試；對超聲鍵閤微觀實驗現象以及機理的科學認識和推斷；熱超聲倒裝鍵閤工藝的技術研究；鍵閤過程和鍵閤動力學的檢測；疊層芯片互連；銅綫鍵閤、打火成球、引綫成形、超聲電源。

目錄

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目錄

前言

章緒論1

1 1新技術革命浪潮下的微電子製造1

1 2現代微電子製造業中的封裝互連4

1 3微電子封裝測試和可靠性10

1 4微電子封裝互連的發展趨勢12

1 5超聲鍵閤機理與技術研究16

參考文獻24

第2章換能係統振動特性有限元分析25

2 1壓電材料結構的有限元方法25

2 2換能係統有限元模型28

2 3模態分析30

2 4諧響應分析41

參考文獻43

第3章換能係統多模態特性實驗研究44

3 1測試方法44

3 2測試結果46

3 3鍵閤工具響應振型與運動軌跡分析50

3 4多模態特性對鍵閤質量的影響52

3 5換能係統多模態産生原因及抑製建議55

參考文獻59

第4章換能係統優化與設計61

4 1基本結構尺寸計算61

4 2基於頻率靈敏度方法的係統結構優化65

4 3加工與裝配68

4 4設計實例69

參考文獻74

第5章PZT換能係統的特性和行為75

5 1換能係統等效電路與電學導納特性75

5 2阻抗分析儀測試換能係統的電學特性82

5 3加載電壓對PZT壓電換能器穩態電學特性的影響87

5 4環境溫度對PZT壓電換能器穩態電學特性的影響90

5 5連接鬆緊度對PZT壓電換能器穩態電學特性的影響93

5 6超聲換能係統的穩態響應與速度導納97

5 7超聲換能係統的實際加卸載過程100

5 8超聲換能係統的俯仰振動103

5 9劈刀的振動模態110

5 10換能係統電學輸入的復數錶示117

5 11實際引綫鍵閤過程換能係統的能量輸入122

參考文獻125



第6章超聲鍵閤界麵快速形成機理128

6 1超聲振動激活金屬材料位錯的觀察128

6 2原子擴散體係的激活能及快速通道機製134

6 3超聲界麵快速擴散通道機理143

參考文獻146







第7章擴散鍵閤界麵強度構成與演變規律148

7 1界麵原子擴散層厚與微結構強度構成148

7 2超聲鍵閤過程多參數與鍵閤界麵微結構演變規律155

7 3超聲鍵閤係統阻抗/功率特性164

參考文獻175

第8章熱超聲倒裝鍵閤界麵規律與鍵閤工具設計176

8 1熱超聲倒裝實驗平颱的搭建176

8 2多點芯片熱超聲倒裝鍵閤的實現177

8 3倒裝凸點的熱超聲植球工藝探索180

8 4倒裝界麵、鍵閤工具、工藝的協同181

參考文獻183

第9章倒裝多界麵超聲傳遞規律與新工藝184

9 1倒裝二鍵閤界麵TEM特性與界麵擴散184

9 2倒裝二界麵性能分析與工藝新構思188

9 3基闆傳能與基闆植球倒裝實現與傳能規律192

9 4熱超聲倒裝二界麵傳能規律分析195

9 5熱超聲倒裝鍵閤過程多參數影響規律198

參考文獻200

0章熱超聲倒裝鍵閤實驗係統及其相關技術201

10 1熱超聲倒裝鍵閤試驗颱201

10 2超聲在變幅杆 工具中的傳遞208

10 3超聲在倒裝界麵間的傳遞過程215

10 4熱超聲倒裝鍵閤過程監測係統229

10 5鍵閤過程監測係統數據采集和分析237

10 6金凸點 焊盤界麵的有限元模型及其求解244

10 7鍵閤力和超聲振動對鍵閤麵應力分布的影響250

10 8鍵閤強度的形成機理255

參考文獻263



目錄 v

vi 微電子封裝超聲鍵閤機理與技術



1章熱超聲倒裝鍵閤工藝優化266

11 1超聲功率對熱超聲倒裝鍵閤的影響266

11 2鍵閤力對熱超聲倒裝鍵閤的影響270

11 3鍵閤時間對熱超聲倒裝鍵閤的影響273

11 4超聲作用下金凸點的變形測量276

11 5熱超聲倒裝鍵閤的典型失效形式279

11 6新型熱超聲倒裝鍵閤工藝的提齣282

11 7階梯式鍵閤參數加載過程對倒裝鍵閤強度的影響283

參考文獻291

2章引綫鍵閤過程的時頻分析293

12 1新的解決方案——時頻分解293

12 2鍵閤壓力改變對鍵閤強度的影響299

12 3劈刀鬆緊度影響的時頻特徵321

12 4換能係統俯仰振動的時頻特徵333

參考文獻337

3章換能係統與鍵閤動力學的非綫性檢測與分析340

13 1工藝窗口與非綫性過程340

13 2鎖相非綫性342

13 3換能係統的非平穩加載345

13 4動力學係統的實驗建模與鍵閤工具對換能係統的非綫性作用346

13 5加載邊界條件以及滑移/黏滯現象351

13 6相關分析及其應用354

13 7關聯維數分析及其應用359

13 8鍵閤動力學細節判斷與認識368

13 9Lyapunov指數分析及其應用377

參考文獻381

4章加熱颱溫度引起對準誤差的檢測與消除383

14 1熱超聲倒裝鍵閤機的視覺係統384

14 2係列圖像的預處理和基本評價387

14 3圖像整體抖動的Weibull模型391

14 4圖像的錯位和畸變395

14 5加熱條件下係列圖像的整體和局部運動405

14 6吹氣裝置的實驗研究411

參考文獻418

5章基於高速攝像的EFO打火成球實驗研究421

15 1研究背景421

15 2打火成球過程研究實驗係統423

15 3球形成過程的分析429

15 4高爾夫球形成規律實驗研究438

15 5打火成球過程的熱能量利用估算447

參考文獻459

6章三維疊層芯片的互連461

16 1摩爾定律與疊層芯片互連461

16 2壓電底座激振裝置463

16 3激勵源與激振信號464

16 4疊層芯片一階固有頻率的實驗判彆473

16 5紅外測溫的可行性與加熱颱的升溫479

16 6加熱升溫的建模與芯片結構測溫實驗結果481

16 7疊層芯片引綫鍵閤動力學條件的討論489

參考文獻491

7章懸臂鍵閤與銅綫互連493

17 1超聲驅動電信號分析493

17 2懸臂鍵閤芯片撓度及鍵閤點形貌特性495

17 3懸臂鍵閤強度與界麵結構分析497

17 4提高懸臂鍵閤強度的工藝研究499

17 5銅綫懸臂鍵閤特性與規律505

17 6Cu綫鍵閤界麵的微區X衍射與HRTEM測試與分析509

17 7界麵Cu Al金屬化閤物形成條件及其晶體結構特性511

17 8銅綫鍵閤界麵特性與鍵閤強度的關係519

17 9Cu綫和Au綫鍵閤界麵微觀特性與性能比較519

參考文獻524

8章引綫成形過程的研究528

18 1引綫成形過程的研究現狀528

18 2基於高速攝像的引綫成形過程實驗研究529

18 3引綫成形過程的有限元分析558

參考文獻573

9章基於FPGA的超聲發生器設計與實現575

19 1超聲發生器的研究現狀575

19 2超聲發生器的建模與仿真581

19 3超聲發生器的頻率控製594

19 4基於FPGA的智能超聲發生器設計606

19 5智能超聲發生器的性能測試621

參考文獻631

目錄 vii

viii 微電子封裝超聲鍵閤機理與技術

作者介紹

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文摘

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序言

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先進製造與精密傳感的基石：微納尺度連接技術探索 在飛速發展的現代科技浪潮中，微電子封裝作為信息技術産業的核心環節，其重要性日益凸顯。從智能手機到高性能計算，再到醫療電子和航空航天，無不依賴於精密、可靠的微電子器件。而微納尺度下的互聯技術，正是實現這些精密器件功能協同的關鍵所在。本書並非聚焦於某一種特定的封裝技術，而是將視角拓寬，深入探討微納尺度連接領域中，那些構成技術根基、驅動創新的普適性原理與前沿動態。 一、 微納尺度連接的物理本質：力、熱、聲的相互作用 微納器件的連接，早已超越瞭宏觀世界的簡單鉚接或焊接。在微米乃至納米的尺度下，材料的錶麵效應、微觀形貌、晶格結構等因素對連接性能的影響被極大地放大。本書將從基礎物理原理齣發，解析在微納尺度下，連接過程中涉及的關鍵物理現象。 力學相互作用的精妙操控： 粘附力、範德華力、靜電力等在微納界麵上的主導作用，與宏觀世界的牛頓力學有著顯著差異。我們將深入分析這些微觀力的來源、影響因素及其在連接過程中的具體錶現。例如，在金屬鍵閤中，鍵閤力的精確控製是保證連接強度和可靠性的核心。材料的延展性、塑性變形能力，在微小形變量下的變化規律，都將得到細緻的探討。此外，應力集中、微裂紋的萌生與擴展等可能導緻失效的力學行為，在微納尺度下的演化機製也將被剖析，為設計更具魯棒性的連接結構提供理論依據。 熱學效應的精細考量： 無論是能量輸入（如加熱）還是能量耗散，熱量在微納連接過程中的傳播和影響都不容忽視。書中將分析熱傳導、熱輻射、熱膨脹等熱學現象在微納界麵上的特性。例如，在利用熱能進行連接的工藝中，精確控製溫度分布、避免局部過熱或冷點，對於獲得均勻、高質量的連接至關重要。材料的熱膨脹係數差異，在溫度變化時産生的熱應力，可能導緻器件的形變甚至開裂，這些都將在書中得到詳細的解析。對熱影響區的理解，有助於優化工藝參數，提高連接的可靠性。 聲波能量的獨特應用： 聲波，特彆是超聲波，作為一種非接觸或半接觸的能量注入方式，在微納連接領域展現齣獨特的優勢。本書將深入剖析聲波在材料中的傳播特性，如聲阻抗、聲衰減、聲學駐波等，以及它們如何影響材料的變形、激活錶麵反應、促進鍵閤。我們將探討聲波能量如何有效地傳遞到微納界麵，誘發局部塑性變形，清潔錶麵，並最終實現高強度、低損傷的連接。對於聲波引起的錶麵改性，如晶粒細化、去除氧化層等，也將進行深入闡述。 二、 關鍵微納連接工藝的技術哲學與實現路徑 基於上述物理原理，多種微納連接技術應運而生。本書不會局限於某一特定工藝，而是從更宏觀的視角，探討不同技術流派的哲學思想、核心工藝流程、材料選擇考量以及各自的優勢與局限。 固相連接技術： 這一大類技術強調在不熔化基材的情況下實現連接，例如各種形式的壓力焊、摩擦焊等。我們將分析在微納尺度下，如何通過施加精確的壓力和相對運動，剋服錶麵氧化層和粗糙度，實現原子間的直接擴散和鍵閤。對不同固相連接工藝（如冷焊、熱壓焊、攪拌摩擦焊等）在微納尺度下的適用性、工藝參數優化以及可能遇到的挑戰進行探討。 液相連接技術： 焊接（包括釺焊）作為最經典的連接方式，在微納領域依然占據重要地位。本書將聚焦於微納焊接在材料選擇、焊料閤金設計、熔化與凝固行為、焊點質量控製等方麵的特殊性。例如，如何選擇低熔點、高強度、良好潤濕性的焊料，如何控製加熱速率和冷卻速率以減少缺陷，以及如何評估微納焊點的疲勞壽命和可靠性。 能量束輔助連接技術： 激光焊接、電子束焊接等技術，以其高能量密度、精確聚焦的能力，在微納連接領域發揮著越來越重要的作用。本書將分析不同能量束的特性，如何通過精確控製能量輸入，實現局部熔化、快速凝固，並獲得高質量的連接。我們將探討能量束與材料相互作用的物理過程，如吸收、反射、透射，以及等離子體的形成和演化。對工藝參數（如功率、掃描速度、焦點位置）的優化，以及如何避免熱影響區的擴大和材料損傷，將是重點討論的內容。 先進界麵工程技術： 除瞭傳統的連接方法，本書還將介紹一些新興的界麵工程技術，旨在從根本上改善連接界麵的性能。這包括但不限於：錶麵預處理技術（如等離子體處理、化學蝕刻）、界麵塗層技術（如金屬化、閤金化）、以及通過引入中間層來優化力學、熱學或電學性能。對這些技術的原理、應用場景及其對連接可靠性的提升作用進行深入剖析。 三、 材料科學在微納連接中的核心作用 微納連接的成功與否，很大程度上取決於所用材料的特性。本書將從材料科學的角度，探討在微納尺度下，材料的選擇、性能與連接工藝之間的緊密聯係。 金屬與閤金的微觀結構與連接行為： 不同金屬（如銅、金、鋁、鎳等）在微納尺度下的塑性變形能力、氧化傾嚮、擴散速率、以及與其他材料的相容性，都將影響其連接性能。本書將分析金屬晶體結構、晶界、位錯等微觀結構特徵如何影響鍵閤強度和可靠性。對閤金化在改善材料連接性能方麵的作用進行深入探討，如通過添加微量元素來降低熔點、提高強度、抑製脆性相的形成等。 陶瓷與半導體材料的特殊性： 陶瓷材料具有優異的耐高溫、耐腐蝕性能，但其脆性較大，給連接帶來挑戰。書中將分析陶瓷材料的斷裂韌性、界麵兼容性以及如何通過特殊的連接技術（如釺焊、反應燒結）來實現可靠連接。對於半導體材料，除瞭材料本身的電學和熱學性能，其錶麵狀態、晶格匹配等因素對連接質量至關重要。本書將探討如何處理半導體材料錶麵，避免引入缺陷，以及如何保證連接的電學互聯性。 聚閤物與復閤材料的挑戰與機遇： 隨著柔性電子、可穿戴設備的發展，聚閤物和復閤材料在微納連接中的應用日益廣泛。本書將分析聚閤物的粘彈性、玻璃化轉變溫度、熱分解溫度等特性如何影響連接過程。對如何實現聚閤物與金屬、陶瓷等異質材料之間的可靠連接，以及復閤材料界麵強度和熱穩定性的提升策略進行探討。 四、 連接可靠性評估與失效分析的科學方法 任何連接技術，最終都服務於實現長期可靠的器件工作。本書將重點介紹評估微納連接可靠性的關鍵方法和失效分析的科學途徑。 宏觀與微觀層麵的性能錶徵： 從拉伸強度、剪切強度、剝離強度等宏觀力學指標，到界麵微觀結構的形貌觀察、成分分析、晶格結構錶徵，都將是本書討論的內容。我們將介紹各種先進的錶徵手段，如掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射綫衍射（XRD）、能量色散X射綫光譜（EDX）等，在微納連接分析中的應用。 加速壽命試驗與環境適應性評估： 為瞭預測連接在實際使用條件下的壽命，加速壽命試驗是必不可少的。本書將介紹各種加速應力（如溫度循環、高低溫儲存、濕度試驗、振動試驗）的設計原理和試驗方法。對連接在不同環境下的行為進行評估，識彆潛在的失效模式。 失效機理的深度解析： 當連接發生失效時，準確地分析失效機理是改進工藝、提高可靠性的關鍵。本書將從微觀層麵，深入剖析各種常見的失效模式，如界麵氧化、脆性斷裂、疲勞失效、熱應力開裂、電遷移等。通過結閤材料科學、力學和工藝分析，為失效診斷和預防提供科學的指導。 五、 前沿趨勢與未來展望 微納尺度連接技術是一個充滿活力和創新精神的領域。本書將對當前的研究熱點和未來的發展趨勢進行展望。 智能化與自動化連接： 隨著人工智能和機器人技術的發展，未來的微納連接將更加智能化和自動化。探討如何利用機器視覺、機器學習等技術，實現連接過程的實時監控、參數自適應調整和缺陷的自動識彆與修復。 新材料與新工藝的融閤： 新型功能材料（如二維材料、納米顆粒）在微納連接中的應用，以及新興的連接工藝（如原子層沉積連接、3D打印連接）的發展，將為解決現有挑戰帶來新的機遇。 多功能集成與高性能互聯： 未來的微納連接不僅要求高可靠性，還將承載更多的功能，如導電、導熱、導光甚至傳感功能。探討如何通過巧妙的材料設計和工藝集成，實現高性能、多功能的微納互聯。 本書旨在為從事微電子封裝、半導體製造、MEMS、先進材料、精密儀器等領域的科研人員、工程師以及相關專業的學生，提供一個全麵、深入、前沿的微納尺度連接技術知識體係。通過對基礎原理的深刻理解，對關鍵技術的係統掌握，以及對未來趨勢的前瞻性把握，共同推動微納連接技術嚮更高精度、更高可靠性、更廣闊的應用領域邁進。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書脊和封麵設計給我的第一印象是相當嚴謹和學術化，這通常意味著內容是經過長時間的科研積纍和反復打磨的，而不是泛泛而談的市場跟風之作。我揣測，在“機理”這個層麵上，作者必定花費瞭大量的篇幅來剖析聲場分布、界麵潤滑（或稱之為摩擦行為）以及塑性變形的微觀機製。畢竟，隻有深刻理解瞭鍵閤過程中材料界麵的原子尺度變化，纔能從根本上解決諸如鍵閤強度不足、空洞缺陷形成等頑固問題。我設想其中會涉及到有限元分析（FEA）的應用，通過數值模擬來預測不同工藝參數組閤下鍵閤點的應力應變分布，這對於優化鍵閤工具（如楔形夾頭或碗形夾頭）的設計至關重要。此外，針對不同材料體係，比如金絲、銅絲與基闆之間的鍵閤，其機理必然存在差異，我非常好奇書中是否能提供針對性的對比分析，例如，不同金屬的楊氏模量和屈服強度如何影響超聲波能量的有效傳遞和“打磨”效果。這本書的價值，將體現在它能否幫助一綫研發人員實現從“經驗操作”到“科學設計”的跨越。

評分☆☆☆☆☆

從讀者的角度來看，一本好的技術書也需要具備良好的可讀性和啓發性。盡管主題極其專業，但如果能用清晰、邏輯嚴密的語言來組織內容，避免過度的行話堆砌，將復雜的概念用恰當的比喻或實例來闡釋，那麼它就能吸引更廣泛的讀者群體，包括高年級本科生、研究生以及希望跨界學習的工程師。我非常好奇作者是如何平衡深度與廣度的，尤其是在討論“機理”時，是否能巧妙地將深奧的固態物理學知識，轉化為對鍵閤過程直觀的理解。此外，如果書中能夠穿插一些行業內的經典案例或作者團隊在解決重大技術難題時的“幕後故事”，那將極大地增加閱讀的趣味性和代入感。一本真正卓越的技術著作，不僅是傳授知識，更是在激發讀者對該領域進行更深層次探索的興趣和熱情。我希望它能成為我書架上那種，每當遇到技術瓶頸時，都能隨手翻開，並從中汲取靈感和方嚮的“寶典”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版信息顯示它是由知名齣版社發行，這從側麵印證瞭其內容的權威性和規範性。我個人非常看重專業書籍在“方法論”上的構建。對於一個係統性的技術領域，僅僅羅列現象是不夠的，更需要提供一套完整的、可復製的研究與應用框架。我期待這本書能提供一個清晰的流程圖，指導讀者如何從一個新材料組閤的鍵閤需求齣發，通過文獻調研、理論分析、實驗設計、參數優化，最終實現穩定可靠的量産工藝。這套框架應該包括對常見缺陷（如未鍵閤、過鍵閤、晶粒長大不均等）的詳盡分類、成因分析以及對應的修正措施。如果書中能提供一套標準化的評估體係，比如對鍵閤界麵形貌的量化描述方法，或者對鍵閤強度分布的統計學分析，那無疑會大大提升本書的實用價值。對於從事質量控製和可靠性驗證的工程師來說，這種結構化的知識體係是他們進行風險評估和製定標準操作流程（SOP）的基石。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名和作者信息讓我對它産生瞭濃厚的興趣，雖然我手頭還沒有機會翻閱實體書，但我可以想象其中蘊含的知識深度和技術前沿性。作為一名對微電子製造工藝領域有持續關注的業餘愛好者，我特彆期待看到關於“超聲鍵閤”這一關鍵環節的詳盡論述。通常這類專業書籍會從最基礎的物理原理齣發，比如超聲波在固態材料中的傳播特性、能量轉換效率的瓶頸，然後逐步深入到實際操作中的工藝窗口優化。我猜想作者韓雷教授必然會著墨於如何通過精確控製頻率、振幅和接觸力，來實現高質量的金屬間連接，這對於提升芯片的可靠性和性能至關重要。特彆是現代封裝技術對微型化和高密度互聯的要求越來越高，傳統的焊接或引綫鍵閤方式已不能完全滿足需求，因此，超聲波輔助的鍵閤技術無疑是未來發展的主流方嚮之一。我尤其希望書中能有大量圖錶和實驗數據來支撐其理論模型的有效性，這樣即便是初次接觸的工程師也能快速掌握核心技術要點，並將其應用於實際的生産綫上，有效指導故障分析和新工藝的開發工作。這本書如果能成為我們領域內的一本“聖經”級彆的參考手冊，那將是極大的貢獻。

評分☆☆☆☆☆

我對於此類技術專著的期望值一直很高，特彆是在“技術”層麵，它不僅僅是理論的堆砌，更應該是解決實際工程挑戰的工具箱。對於超聲鍵閤機而言，除瞭核心的鍵閤過程，周邊配套的監測和控製技術也同樣重要。我預見書中會詳細介紹先進的在綫監測手段，比如聲發射（AE）信號的實時采集與分析，如何通過識彆特定頻率的聲波特徵來判斷鍵閤是否成功、鍵閤質量是否達到標準。這比傳統的拉力測試要高效得多，因為它能在生産過程中立即反饋信息。再者，隨著異構集成和三維封裝的發展，鍵閤的維度和復雜度都在增加，比如側壁鍵閤、倒裝芯片的二次布綫等。這本書如果能涵蓋這些新興應用場景下的特殊挑戰和解決方案，那就更具前瞻性瞭。比如，如何應對大尺寸晶圓的均勻加熱與鍵閤一緻性問題，或者如何處理具有不同熱膨脹係數材料間的應力釋放。一本優秀的參考書，應該能夠預見到未來五到十年的技術發展趨勢，並提前布局相關技術的理論基礎。