本書共7章,包含三大部分內(nèi)容,分別為電子封裝機械結(jié)構(gòu)設計(第1~3章)、電子封裝熱設計(第4~6章)和電子封裝電磁設計(第7章)。電子封裝機械結(jié)構(gòu)設計部分主要介紹了封裝定義、封裝層次、封裝內(nèi)容、封裝功能、多種封裝結(jié)構(gòu)形式、封裝基板技術(shù)、機械振動及振動原理、電子產(chǎn)品中常見的PCB振動和懸掛元件振動;電子封裝熱設計部分主要介紹了電子封裝結(jié)構(gòu)熱控制理論基礎、電子器件封裝熱設計和PCB熱設計;電子封裝電磁部分主要介紹了高速信號和高速電路系統(tǒng)、高速電路中常用電子元件特性及高速電路PCB的布局布線策略。
本書可供機械、電子、微電子、材料等專業(yè)的高年級本科生和研究生使用,也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員及科技管理人員的學習參考書。
當今世界已經(jīng)進入一個信息化時代,信息化程度的高低已成為衡量一個國家綜合國力的重要標志。微電子技術(shù)是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項高新技術(shù)中不可缺少的基礎。微電子工業(yè)領(lǐng)域的兩大關(guān)鍵性技術(shù)分別是芯片制造和電子封裝。微電子技術(shù)的發(fā)展與電子封裝的進步是分不開的,芯片功能的實現(xiàn),需依靠封裝來完成信號引出,實現(xiàn)與外界連接和信號傳輸,因此封裝技術(shù)是芯片功能實現(xiàn)的重要組成部分。電子封裝是將集成電路設計和微電子制造的裸芯片組裝為電子器件、電路模塊和電子整機的制造過程,或者是將微元件再加工及組合構(gòu)成滿足工作環(huán)境的整機系統(tǒng)的制造技術(shù)。
電子封裝是《2025中國制造》中第一大類1.新一代信息技術(shù)中第一小類1.1集成電路及專用設備中的重點發(fā)展的第三部分集成電路封裝部分,是國家重點發(fā)展的領(lǐng)域,也是朝陽產(chǎn)業(yè)。
電子封裝技術(shù)是在保證可靠性的前提下,實現(xiàn)傳輸速度提高、熱量能力擴散、I/O端口數(shù)增加、器件尺寸減小和生產(chǎn)成本降低的主要方法。電子封裝技術(shù)除芯片設計、芯片制造等半導體器件領(lǐng)域,還包括芯片載體、電子元器件組裝、互連等技術(shù),是一門電路、工藝、結(jié)構(gòu)、元件、材料緊密結(jié)合的多學科交叉的工程學科,涉及微電子、物理、化學、機械、材料和可靠性等多個研究領(lǐng)域。
隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)、新型電子材料技術(shù)和封裝技術(shù)的迅速發(fā)展,現(xiàn)代軍用和民用電子裝備正在向小型化、輕量化、高可靠、多功能和低成本方向發(fā)展,尤其機載、艦載、星載和終端移動等電子裝備,實現(xiàn)小型化和輕量化對于提高電性能和靈活機動性更為關(guān)鍵。電子封裝技術(shù)正面臨著多功能、小型化、輕量化、高密度、高速度、低功耗和高可靠性等發(fā)展趨勢帶來的嚴峻挑戰(zhàn)。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,芯片上集成的晶體管密度越來越高,集成度越來越大。
美國空軍利用大約20年時間,收集整理了電子產(chǎn)品事故數(shù)據(jù),分析表明:大約40%的故障是連接器失效,大約30%的故障與電連接相關(guān),大約20%的故障與元器件相關(guān)。這些故障大多是由于搬運、振動、沖擊、熱循環(huán)引起的。
電子元器件按照摩爾定律的預測,在不斷追求高集成度、高密度的同時,帶來了新的問題,即高功率、高熱量、超多傳輸線、寄生效應、高熱應力、強輻射、串擾過沖等機、電、熱、磁及其相互耦合問題。尤其是無鉛焊料的要求,對封裝又提出了新的挑戰(zhàn)。隨著電子元器件集成度的提高,封裝成本所占總成本的比例快速增長。目前,有關(guān)綜合描述電子封裝中的機、電、熱、磁及其相互耦合的書籍還不多。
2013年,在西安電子科技大學召開了第四屆全國電子封裝技術(shù)本科教學研討會,經(jīng)過磋商成立了電子封裝技術(shù)核心課程教材編寫委員會,本書就是在這個背景下編寫而成的。
本書從封裝的概念出發(fā),由淺入深,配合大量圖片、實例和公式,分別介紹了電子封裝結(jié)構(gòu)中所涉及的主要內(nèi)容。全書共7章,各章主要內(nèi)容如下:
第1章為電子封裝概述,首先介紹了封裝定義、封裝層次、封裝內(nèi)容、封裝功能、封裝發(fā)展;其次敘述了多種封裝結(jié)構(gòu)形式;最后介紹了封裝基板技術(shù),內(nèi)容包括基板組成、材料特性、基板分類、工藝、背板、金屬基板、陶瓷基板等。
第2章為機械振動基礎,內(nèi)容包括機械振動概述和振動原理等。本章為第3章的理論基礎。
第3章為電子部件機械振動,內(nèi)容包括電子產(chǎn)品中最常見的PCB振動和懸掛元件振動。
第4章為電子封裝結(jié)構(gòu)熱控制理論基礎,內(nèi)容包括導熱、對流換熱、熱輻射等。本章為第5、6章的理論基礎。
第5章為電子器件封裝熱設計,內(nèi)容包括電子芯片封裝結(jié)構(gòu)熱應力、DIP封裝熱設計、PGA封裝熱設計、QFP封裝熱設計、BGA封裝熱設計、疊層芯片SCSP封裝元件熱應力分析和3D封裝熱設計等。
第6章為PCB的熱設計,內(nèi)容包括PCB上的熱源、PCB結(jié)構(gòu)設計、元器件排列方式、PCB走線設計、PCB散熱方式等。
第7章為高速電路,內(nèi)容包括高速信號和高速電路系統(tǒng)、高速電路系統(tǒng)PCB設計簡介、高速電路相關(guān)電子學術(shù)語、高速電路中常用電子元件特性分析等。
第1、2、3章由田文超教授編寫,第4、5、6章由劉煥玲副教授編寫,第7章由張大興副教授編寫,全書由田文超教授統(tǒng)稿和定稿。
由于編者水平有限,加上電子封裝技術(shù)的發(fā)展日新月異,作者感覺理論和工藝水平等仍欠成熟,書中不足之處在所難免,懇請廣大讀者不吝指正。
本書在編寫過程中,得到了電子封裝技術(shù)編委會成員的指導和幫助,在此對各委員在百忙之中給予的支持和幫助表示衷心的感謝,同時還要感謝林科碌碩士、衛(wèi)三娟碩士和崔昊碩士在本書圖片處理、文字校對等工作中提供的幫助。
最后感謝西安電子科技大學出版社在本書出版過程中所提供的大力支持。
編者
2016年8月