电子封装与互连已成为现代电子系统能否成功的关键限制因素之一，是在系统设计的开始阶段就必须进行综合设计的考虑因素。本书涉及与电子器件封装和系统组装有关的三个基本内容：第一部分包含电子封装的基本技术，即当代电子封装常用的塑料、复合材料、粘结剂、下填料与涂敷料等封装材料，热管理，连接器，电子封装与组装用的无铅焊料和焊接技术；第二部分为电子封装的互连技术，包含焊球阵列、芯片尺寸封装、倒装芯片粘结、多芯片模块、混合微电路等各类集成电路封装技术及刚性和挠性印制电路板技术；第三部分讨论了封装界的新热门课题之一——高速和微波系统封装。本书系统地反映了当前许多新的电子封装技术、封装材料和封装形式，既有许多宝贵的实践经验总结又有一定的理论分析，书中给出了许多有用的产品实例、数据、信息和指南。 本书对从事电子器件封装、电子系统组装及相关行业的科研、生产、应用及市场营销工作者都会有较高的实用价值，适用于电子组装和封装各领域的从业人员，对相关行业的管理工作者及高等院校相关专业的师生也具有较高的参考价值。

译 者 序 近年来我国的电子信息产品制造业有了飞速发展，其产值已达世界第二位，仅次于美国，我国的半导体产业的年增长速率近年来也一直保持在两位数。我国集成电路产业的销售额在2006年首次突破1000亿元，而2007年又比2006年增长24.3%，达到1251亿元，其增长速率远高于2007年全球半导体产业3.2%的年增长率。在集成电路设计、制造与封装测试这个产业链中，2007年我国封装测试业是上述三业中销售额最大（627.7亿元）、所占份额最高（占整个IC产业销售额的50.2%）、年增长率最快（同比增长26.4%）的产业，其增长速率也远高于2007年全球封装测试业销售额7.4%的增长率。 随着国际排名前十位的大半导体公司在国内大规模地设置独资或合资封装测试厂，以及江苏长电科技、天水华天等国内著名封装测试企业的崛起，它们又带动了与半导体封装测试有关的模塑料、引线框架、金丝等引线键合丝、芯片粘结剂等封装材料制造及封装设备、测试设备制造业等半导体封装支撑产业的发展。中国已成为全球最重要的半导体封装、测试基地之一。 国际上的“电子封装”概念是指各类电子元器件封装和电子组装，即包括一级封装、二级封装、三级封装、…… 随着电子产品进入千家万户，甚至每人随身都会带上几个、几十个集成电路产品（如手表、手机、各类IC卡、U盘、MP3、手提计算机、智能玩具、电子钥匙等），这些都要求电子产品更小、更轻、更高密度的组装、更多的性能、更快的速度、更可靠，从而驱动了集成电路封装和电子组装技术的飞速发展，促使电子组装产业向高密度、表面组装、无铅化组装发展，驱使集成电路新颖封装的大量涌现：如焊球阵列（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、倒装芯片（FC）、芯片直接粘结（DCA）、圆片级封装（WLP）、三维堆叠封装、系统级封装（SiP）、多芯片封装（MKP）、多芯片模块（MCM）封装以及适应各种特殊电子器件需要的光电子封装、高电压和大功率器件封装、射频和微波器件封装、微机电系统（MEMS）封装等。 电子组装和半导体封装产业的发展，迫切需要许多掌握相关电子组装和封装知识和技术的人才，即使原来长期从事电子组装和半导体器件生产或封装的技术人员也需要知识更新和扩展。而电子封装涉及封装材料、电设计、热管理、低应力设计和应力管理、可靠性、各种制造工艺技术、相关电子元器件知识等较宽的知识范围。因此，迫切需要一些较好的有关电子封装技术的参考资料，可以较快、较简洁明了地了解相关电子封装的新知识、新技术。《电子封装与互连手册》第四版可为我国广大从事与电子组装相关行业的人员提供较新、较全面的参考资料。 本书是由C.A.哈珀主编、McGrawHill公司出版、总共约有20本的“电子封装与互连系列”丛书中的重要一本，至2005年该书已出了第四版，而且是这套丛书中唯一已出了第四版的。这一套书是作为手册和技术人员再教育培训教材使用的，因此偏重于新颖和实用，列有较多的新封装、新材料、新工艺、新技术的数据、资料、指南和实例，而没有很多深奥的理论分析和数学推导。所以，本书不但对相关专业人员很有用，而且对于相关管理人员为了解电子组装、半导体封装情况也很有用，且较易读懂。 本书共分三大部分。第一部分为第1章至第5章，主要介绍电子封装的基本技术；第二部分为第6章至第9章，介绍电子封装中的互连技术和各类集成电路封装；第三部分是第10章，专门介绍当前较为热门的高速和微波电子系统的封装技术。 本书是由来自全球不同公司和高校的14位相关专业领域的专家写成，保证了各章内容的新颖、完整和实用。但由于各人的写作风格不同及国际、国内物理量单位的变化沿革，因此，同一物理量在不同作者撰写的章节中，甚至同一作者的同一章节中在不同场合下也会使用不同的单位，如英制和米制、华氏温度和摄氏温度等。除了一些较简单的长度单位，已将原英制列出相应的公制量外，一般都照原文翻译，没有按国家标准或相应的国际标准转换，因为许多是图、表中的数据，较难转换。为了便于读者使用，我们在正文前列出了一张相关单位的换算表，以供参考。 本书的翻译是邀请国内各相关领域的专家、学者共同进行的，第1章和第2章的译者是中科院化学所的杨士勇教授及陶志强博士、李洪深博士、丁佳培博士；第3章由Cadence(北京)公司的胡涛工程师翻译；第4章由中电科技集团40所的黄正高级工程师翻译；第5章和第7章由北京科技大学的沈卓身教授、张毓秀、姚伟和清华大学的贾松良教授、聂磊翻译；第6、8、9章由清华大学的贾松良教授、蔡坚副教授（博士）及杨宇翻译；第10章由北京七星华创电子公司的王瑞庭教授翻译。参加本书审校的除贾松良教授以外还有哈尔滨工业大学的王春青教授（第5章部分），北京无线电计量测试研究所的叶德培研究员（第5章部分，第9章），中电科技集团13所的高尚通教授（第7章部分），清华大学王水弟教授（第7章部分）和蔡坚副教授（第6章）。译文经第一次审稿后，又经译者做了修改，最后由贾松良教授对全书再次进行了总校。前已指出，本书是“电子封装与互连系列”丛书中的一本，又是培训教材，故本书中的个别章节在丛书的其他书籍中也可曾出现过，但因时俱进，在收入本书第四版时，各章原作者又做了许多修改和补充。 由于本书属于多人合作原著、多人合译，再加上电子封装技术的飞速发展，有些专业名词的翻译尚未统一。如underfill的下填料与底填料、底部填充，BGA的焊球阵列和球栅阵列，SMT的表面安装技术和表面贴装技术，印制电路板（PCB）和印制线路板（PWB），reflow的再流与回流， soldering的焊接与软钎焊，doposition的淀积与沉积，etching的蚀刻与刻蚀，adhesive和attach的粘接与粘结、粘附， leaching的浸入和析出，chipbond的管芯键合和黏片，等等。我们的原则是已有标准的按标准，如焊球阵列、表面安装技术等；其次是按半导体封装和电子组装行业中的习惯用词，如芯片粘结、粘片、焊接、再流焊、印制电路板等。但无论英语、汉语中都有一些词是既可作名词，又可作动词的，有时一个英文词就有不同译法，如underfill作为材料时译做下填料，而作为动词时译为底部填充；reflow作为焊接工艺时译为再流（焊），但在描述某些工艺过程时仍译为回流。由于对有些先进技术，译校者尚缺乏理解，译文不一定确切。另外，因为原书是多人合写的培训教材，可能由于打字等多种原因，造成在文字、公式、符号等方面差错较多，对于一些明显的差错译校者已做了改正，并在相应的地方加了注解，以便于部分读者在对照原书时进行参考。 再次衷心感谢参与本书翻译、审校的各位译者和审校者，没有他们渊博的知识、忘我认真的工作，本书是很难达到目前水平的。衷心感谢在本书翻译过程中给予我们支持和帮助过的所有人士。如果本书对读者有所帮助，那将是他们的最大欣慰。 衷心感谢电子工业出版社对我的信任，将此书委托我来组织译稿，并衷心感谢出版社刘海艳及周宏敏编辑，由于她们认真细致的工作和良好的合作共事态度，使本书得以按质按期出版。 此书虽已是我参与组织译校的McGrawHill公司出版的“电子封装与互连丛书”中的第四本书，但由于本人水平及知识面的限制，译文可能仍会有不少不足之处，热忱希望广大读者提出宝贵的意见和建议。 谨以此书献给正在走向世界的我国电子封装业和在我国从事电子封装业的各位人士，祝我国的电子封装业更加兴旺发达！　 清华大学微电子学研究所教授 贾松良  2008年9月25日 前 言 很高兴向我的读者献上这本《电子封装与互连手册》第四版。读者们可能还记得，事实上，这是原来《电子封装手册》的换代手册，原手册是这个领域的第一本手册。这些年来，电子封装领域已经有了许多专门的著作，但这仍然是唯一的一本综合性手册，它覆盖了电子封装中的所有学科和技术领域，这本手册被人们赞誉为“电子封装的圣经”。正如读者会注意到的那样，我所幸运的是聚集了一批杰出的各章作者，他们每个人都是其所在领域内的著名专家，使得本书覆盖了电子封装的众多学科技术，或许没有其他团队能够做到这样。因此，在本前言中我要把崇高的荣誉归功于这些作者。 电子封装技术常被理解为“电子互连技术”，而且是一种在不断发展的技术。而且，集成电路和集成电路封装的复杂性和多学科性，以及公司间的和国际性的制造与测试的物流，已经使电子封装更为复杂和关键。过去，适合电子封装的基本原则和策略几乎都是电子系统设计人员事后考虑的事；现在，他们必须在系统设计的开始阶段就要对其进行考虑，这一点已经被广泛接受。事实上，电子封装常常成为现代电子系统成功的关键限制因素。如果没有合适的电子封装技术，现代半导体和电子系统技术的许多巨大潜能可能被大大降低，甚至不能发挥作用。《电子封装与互连手册》的目的是使基本原则和策略成为有用，这是成功实现任何形成电子封装技术的学科所必需的。 《电子封装与互连手册》的修订和更新版反映了电子系统中几乎所有已取得的技术进步，这些电子系统需要有更好的性能、更快的电路速度和不断提高的互连密度。幸运的是，由于人们的努力、奉献和卓越的工作，在电子封装技术的所有领域中已经取得了显著的进步。这些领域的最新惊人成就以及本书中所包含的内容，使得本书的新版本成为电子封装中任何领域所有人们的必备品。读者可以强烈地感觉到，不管在电子封装和互连技术的总系统中你的作用是什么，本书不仅将提供新的知识，而且也有应用领域中有用的信息、数据和指南。本书可以作为有关领域内的数据、信息和指南的全面来源，它们通常可作为与最重要的产品变量有关的特性和性能数据的扩展数据。章节的组织安排和覆盖的内容也适合于读者方便地获得广泛的产品种类范围。许多新的电子封装和材料技术在前一版出版时还没有研制成功，而在这一版中都已被涵盖在内了。 本手册的章节安排反映了现代电子系统的三部分基本内容，第1~5章是电子封装的基本技术。这些章节涉及电子封装的材料、热管理、连接器和互连技术，最后是电子封装中的焊接技术。第6~9章覆盖了电子封装的互连技术，这些章节讨论了集成电路封装和焊球阵列、混合微电子和多芯片模块、芯片尺寸封装、倒装芯片粘结、刚性和挠性印制电路板。最后的第10章讨论了高速系统封装和微波封装技术。由于存在向更先进系统功能和更高速电路发展的始终不断的驱动力，对于当今的电子封装设计者来说，对高速系统封装和微波封装技术的了解是不可缺少的。 我和各章的作者都热忱希望本书将继续很好地为所有读者服务。 CHARLES A. HARPER Technology Seminars 公司 Lutherville，Maryland

第1章 塑料、弹性体与复合材料 1.1 引言 1.2 基础知识 1.2.1 聚合物定义 1.2.2 聚合物的类型 1.2.3 结构与性能 1.2.4 合成 1.2.5 术语 1.3 热塑性体 1.3.1 丙烯酸树脂 1.3.2 氟塑料 1.3.3 酮树脂 1.3.4 液晶聚合物 1.3.5 尼龙 1.3.6 聚酰胺酰亚胺 1.3.7 聚酰亚胺 1.3.8 聚醚酰亚胺 1.3.9 聚多芳基化合物和聚酯 1.3.10 聚碳酸酯 1.3.11 聚烯烃 1.3.12 聚苯醚 1.3.13 聚苯硫醚 1.3.14 苯乙烯类聚合物 1.3.15 聚砜 1.3.16 乙烯基树脂 1.3.17 热塑性混合物与共混物 1.4 热固性体 1.4.1 烯丙基树脂 1.4.2 双马来酰亚胺 1.4.3 环氧树脂 1.4.4 酚醛树脂 1.4.5 聚酯 1.4.6 聚氨酯 1.4.7 硅氧烷（硅橡胶） 1.4.8 交联热塑性体 1.4.9 氰酸酯树脂 1.4.10 苯并环丁烯 1.5 弹性体 1.5.1 性能 1.5.2 弹性体的类型 1.5.3 热塑性弹性体（TPE） 1.6 应用 1.6.1 层压板 1.6.2 模塑和挤出 1.6.3 浇铸和灌封 1.6.4 粘结剂 1.6.5 有机涂层 1.7 参考文献 第2章 粘结剂、下填料与涂敷料 2.1 引言 2.2 流变学 2.2.1 流变响应与行为 2.2.2 流变的测量 2.3 粘结剂体系的固化 2.3.1 热固化 2.3.2 紫外（UV）固化 2.3.3 变频微波辐射固化 2.3.4 吸潮固化 2.4 玻璃化转变温度 2.5 热膨胀系数 2.6 杨氏模量 2.7 应用 2.7.1 粘结剂（贴片胶） 2.7.2 下填料 2.7.3 导电胶 2.7.4 热管理 2.7.5 保形涂层 2.8 参考文献 2.9 致谢 第3章 热管理 3.1 引言 3.2 为什么需要热管理 3.2.1 温度对电路工作的影响 3.2.2 温度对物理结构的影响 3.2.3 失效率 3.3 热流理论 3.3.1 热力学第二定律 3.3.2 传热机理 3.3.3 瞬态热流 3.4 热设计 3.4.1 设计过程 3.4.2 选择冷却技术 3.5 热沉 3.5.1 热沉介绍 3.5.2 热沉粘结材料 3.5.3 热沉选择 3.5.4 空气冷却 3.6 电路卡组件冷却 3.7 高热负载的冷却 3.7.1 CCA的贯通（径流）冷却 3.7.2 冷侧壁冷却 3.7.3 冷板 3.7.4 射流喷射冷却 3.7.5 浸没式冷却 3.7.6 微沟道冷却 3.8 特殊冷却装置 3.8.1 热电冷却器 3.8.2 热管 3.9 热模拟 3.9.1 有限元方法 3.9.2 有限差分方法 3.9.3 流动网络模型 3.9.4 计算流体力学 3.9.5 主要软件要求 3.10 热管理 3.10.1 直接温度测量技术 3.10.2 红外热成像 3.10.3 液晶显微量热计 3.10.4 光纤温度测试探针 3.10.5 间接温度测量技术 3.10.6 X射线成像 3.10.7 声学显微成像 3.10.8 热测试芯片 3.11 参考文献 第4章 连接器和互连技术 4.1 连接器综述 4.1.1 连接器功能 4.1.2 连接器的应用：互连的级别 4.1.3 连接器类型 4.1.4 连接器应用：信号和功率 4.1.5 连接器结构 4.2 接触件接口 4.2.1 接触接口形态和接触电阻 4.2.2 接触接口形态和机械性能 4.2.3 小结 4.3 接触镀层 4.3.1 接触镀层和腐蚀防护 4.3.2 接触镀层和界面的优化 4.3.3 贵金属镀层综述 4.3.4 非贵金属镀层 4.3.5 接触镀层的选择 4.3.6 小结 4.4 接触簧片 4.4.1 接触簧片和电气要求 4.4.2 接触簧片和机械要求 4.4.3 接触簧片材料的选择 4.4.4 小结 4.5 连接器外壳 4.5.1 电气功能 4.5.2 机械功能 4.5.3 环境屏蔽（保护） 4.5.4 应用要求 4.5.5 材料选择 4.5.6 小结 4.6 可分离的连接 4.6.1 接触件设计 4.6.2 应用问题 4.6.3 小结 4.7 永久连接 4.7.1 电线和电缆的综述 4.7.2 印制电路板结构的综述 4.7.3 电线/电缆的机械永久连接 4.7.4 绝缘位移连接 4.7.5 印制电路板的机械永久连接 4.7.6 机械永久连接小结 4.7.7 焊接连接 4.8 连接器应用 4.8.1 信号应用 4.8.2 电源应用 4.9 连接器的类型 4.9.1 板对板连接器 4.9.2 线对板和线对线连接器 4.9.3 同轴连接器 4.9.4 连接器类型小结 4.10 连接器试验 4.10.1 连接器试验 4.10.2 试验的类型 4.10.3 估算连接器的可靠性 4.11 参考文献  第5章 电子封装与组装的焊接技术 5.1 引言 5.1.1 定义 5.1.2 表面安装技术 5.1.3 工业发展趋势 5.1.4 交叉学科和系统方法 5.2 软钎焊材料 5.2.1 软钎焊料合金  5.2.2 锡铅合金的冶金学 5.2.3 软钎焊料粉 5.2.4 机械性能 5.3 焊膏 5.3.1 定义 5.3.2 特性 5.3.3 钎剂和助焊 5.3.4 钎剂活性 5.3.5 水溶性钎剂 5.3.6 气相钎剂 5.3.7 免清洗钎剂 5.3.8 水溶性钎剂和免清洗钎剂的对比 5.3.9 流变学 5.3.10[KG*2]配方 5.3.11[KG*2]达到系统高可靠性的焊膏设计和使用原则 5.3.12[KG*2] 质保检测 5.4 软钎焊方法 5.4.1 分类 5.4.2 反应与相互作用 5.4.3 工艺参数 5.4.4 回流温度曲线 5.4.5 回流曲线的影响 5.4.6 优化回流曲线 5.4.7 激光焊 5.4.8 可控气氛钎焊 5.4.9 温度分布曲线的测量 5.5 可软钎焊性 5.5.1 定义 5.5.2 基板 5.5.3 润湿现象 5.5.4 元器件的可软钎焊性 5.5.5 PCB的表面涂镀 5.6 清洗 5.6.1 原理和选择 5.7 窄节距应用  5.7.1 开口设计与模板厚度的关系 5.7.2 焊盘图形与模板开口设计的关系   5.7.3 模板选择 5.8 有关钎焊问题 5.8.1 [ZK(]金属间化合物与焊接点形成的关系 5.8.2 镀金基板与焊点形成的关系 5.8.3 焊接点气孔 5.8.4 焊球/焊珠 5.8.5 印制电路板（PCB）表面涂敷 5.9 焊接点的外观形貌及显微结构 5.9.1 外观形貌 5.9.2 显微结构 5.10 焊接点的完整性 5.10.1 基本失效过程 5.10.2 BGA钎焊互连的可靠性 5.10.3 [ZK(]周边焊点的可靠性——元器件引线的影响 5.10.4 焊点寿命预测模型的挑战 5.10.5 蠕变和疲劳相互作用 5.11 无铅钎焊料 5.11.1 世界立法的现状 5.11.2 研究和技术开发的背景 5.11.3 有实用前景合金的比较 5.11.4 合金的排序 5.11.5 元素的相对成本和毒性 5.11.6 回流条件 5.11.7 表面安装制造性能 5.11.8 高抗疲劳无Pb钎焊材料 5.11.9 无铅实施方案和结论 5.12 参考资料 5.13 推荐读物 第6章 集成电路的封装和互连 6.1 引言 6.2 电路和系统的驱动力 6.2.1 电路级要求 6.2.2 系统级要求 6.3 IC封装 6.4 封装分类 6.4.1 通孔插入式安装的封装 6.4.2 表面安装封装 6.5 封装技术 6.5.1 模塑技术 6.5.2 [ZK(]模压陶瓷（玻璃熔封陶瓷）技术 6.5.3 共烧层压陶瓷技术 6.5.4 层压塑料技术 6.6 封装技术比较 6.7 封装设计考虑 6.7.1 电设计 6.7.2 热设计 6.7.3 热-力设计 6.7.4 物理设计——芯片设计规则 6.8 封装IC的组装工艺 6.8.1 芯片到封装的互连 6.8.2 其他组装工艺 6.9 外包代工——外包组装 6.9.1 什么是组装代工商 6.9.2 [ZK(]在本厂内或外包代工组装的决定 6.9.3 代工组装承包商的选择指南 6.9.4 封装与2级互连 6.9.5 总结和展望 6.10 参考资料 第7章 混合微电子与多芯片模块 7.1 引言 7.2 混合电路用陶瓷基板 7.2.1 陶瓷基板的制造 7.3 陶瓷的表面性能 7.4 陶瓷材料的热性能 7.4.1 热导率 7.4.2 比热容 7.4.3 热膨胀系数 7.5 陶瓷基板的机械性能 7.5.1 弹性模量 7.5.2 断裂模量 7.5.3 抗拉强度和抗压强度 7.5.4 硬度 7.5.5 热冲击 7.6 陶瓷的电性能 7.6.1 电阻率 7.6.2 击穿电压 7.6.3 介电性能 7.7 基板材料的性能 7.7.1 氧化铝 7.7.2 氧化铍 7.7.3 氮化铝 7.7.4 金刚石