集成電路封裝可靠性技術

積體電路被稱為電子產品的"心臟”，是所有資訊技術產業的核心；積體電路封裝技術是將積體電路"打包」的技術，
已成為"後摩爾時代」的重要技術手段；積體電路封裝可靠度技術是積體電路乃至電子整機可靠度的基礎與核心。
積體電路失效，約一半是由封裝失效引起的，封裝可靠性已成為人們普遍關注的焦點。
本書在介紹積體電路封裝技術分類與封裝可靠度表徵技術的基礎上，分別從塑膠封裝、氣密封裝的產品維度和熱力學、力學的應力維度，
描述了積體電路封裝的典型失效模式、失效機制和物理特性；結合優選封裝結構特點，
介紹了與封裝相關的失效分析技術和品質可靠性評估方法；從材料、結構和應力三個方面，描述了積體電路的板級組裝可靠性。
本書旨在為希望了解封裝可靠性技術的人們打開一扇交流的窗口，在積體電路可靠性與電子產品可靠性之間搭建一座溝通的橋樑。
本書主要供從事電子元件、電子封裝，以及與電子整機產品研究、
設計、生產、測試、試驗相關的工程技術人員及管理人員閱讀，也可作為各類高等院校相關專業的教學參考書。

第1章積體電路封裝技術及可靠度概述1
1.1封裝技術發展概況1
1.1.1積體電路封裝功能1
1.1.2積體電路常見封裝類型2
1.1.3積體電路封裝技術發展趨勢10
1.2封裝技術與可靠度的關係17
1.2.1封裝熱性能與可靠性17
1.2.2封裝機械性質與機械環境適應性18
1.2.3封裝氣密性與潮濕環境適應性18
1.2.4封裝材料與電磁幹擾19
1.2.5封裝材料與抗輻射性能20
1.3封裝可靠度技術及其發展21
1.3.1積體電路封裝可靠度21
1.3.2積體電路封裝失效機制研究22
1.3.3積體電路封裝可靠度技術發展23
參考文獻26
第2章積體電路封裝物理特性及可靠度表徵29
2.1物理特性表徵及標準要求29
2.1.1常規物理特性29
2.1.2特殊物理特性47
2.1.3錫須生長特性49
2.2可靠性特性及標準要求52
2.2.1封裝失效率52
2.2.2封裝耗損壽命54
2.2.3失效率和壽命標準要求55
2.3環境適應性表徵及標準要求57
2.3.1高溫環境適應性57
2.3.2溫變環境適應性57
2.3.3機械環境適應性57
2.3.4環境適應性標準要求58
參考文獻60
第3章塑膠封裝的失效模式、失效機制及可靠度62
3.1塑膠封裝的可靠性概述62
3.2塑膠封裝的失效模式與失效機制63
3.2.1塑封料相關的失效模式與失效機制63
3.2.2封裝介面相關的失效模式與失效機制65
3.2.3倒裝封裝相關的失效模式與失效機制67
3.2.4鍵結退化相關的失效模式與失效機制67
3.3塑膠封裝的檢測分析73
3.3.1模塑膠的檢測分析73
3.3.2封裝界面分層的檢測方法76
3.3.3封裝界面熱阻及晶片紅外線熱成像檢測方法81
3.3.4封裝微變形檢測技術82
3.4應力與可靠度86
3.4.1塑膠封裝的濕-熱-機械可靠度86
3.4.2SiP封裝的應力與可靠度98
3.4.3WLCSP封裝的應力與可靠度99
3.5塑膠封裝典型失效案例103
3.5.1濕氣侵入導致的腐蝕103
3.5.2高溫導致的孔洞及鍵結退化104
參考文獻105
第4章氣密封裝的失效模式、失效機制及可靠性108
4.1氣密封裝的結構特點108
4.2氣密封裝的失效模式與失效機制110
4.2.1粒子污染111
4.2.2熱-機械應力111
4.2.3水汽/氣體吸收113
4.3氣密封裝的性能檢測114
4.3.1氣密性的檢測114
4.3.2鍵合性能的檢測117
4.3.3多餘物的檢測119
4.3.4其他性能檢測119
4.4應力和可靠性121
4.4.1氣密封裝可靠性評估方法122
4.4.2潮濕與溫度綜合載重下的氣密退化特徵124
4.4.3高溫載重下黏合劑釋氣規律125
4.4.4高頻振動載重下的脆性斷裂127
4.5氣密封裝典型失效案例128
4.5.1HIC金屬-玻璃封接界面間歇滲漏退化機制分析128
4.5.2氣密蓋板的隨機振動非接觸線上監測130
參考文獻133
第5章3D封裝的失效模式、失效機制及可靠度136
5.13D封裝的發展歷程與主流技術136
5.23D封裝的主要結構特徵138
5.2.13D晶片疊層結構138
5.2.23D封裝疊層結構141
5.2.33DTSV封裝結構142
5.33D封裝的失效模式與失效機制143
5.3.13D封裝常見失效模式143
5.3.23D封裝失效機制150
5.43D封裝技術的可靠性151
5.4.13D晶片疊層技術的可靠性151
5.4.23D封裝疊層技術的可靠度153
5.4.33DTSV封裝技術的可靠度159
5.53D封裝典型失效案例168
5.5.1CoWoS3D封裝結構失效案例168
5.5.2扇出型封裝失效案例172
5.5.3TSV結構失效案例175
參考文獻180
第6章積體電路封裝熱性能及分析技術185
6.1積體電路熱效應185
6.1.1積體電路熱問題185
6.1.2積體電路熱效應分類186
6.2封裝熱分析理論基礎189
6.2.1熱傳導189
6.2.2對流換熱191
6.2.3輻射換熱192
6.3熱致封裝相關失效模式193
6.3.1溫度與裝置封裝失效的相關性194
6.3.2熱失配引起的開裂失效195
6.3.3熱疲勞引起的開裂失效197
6.3.4高溫引起的蠕變失效197
6.3.5高溫引起的互連退化失效198
6.3.6晶片過熱燒毀200
6.4積體電路封裝主要熱性能201
6.4.1穩態熱阻202
6.4.2熱特性參數207
6.4.3瞬態熱阻抗209
6.4.4比熱容與結構函數212
6.4.5主要熱測試和分析標準213
6.5封裝熱分析技術216
6.5.1主要熱分析方法及比較216
6.5.2電學法218
6.5.3紅外線法220
6.5.4拉曼散射法223
6.5.5熱反射法226
6.6封裝熱性能的主要影響因素228
6.6.1封裝材料228
6.6.2封裝尺寸228
6.6.3晶片尺寸229
6.6.4元件熱耗散量229
6.6.5氣流速度230
6.6.6板的尺寸和熱導率231
6.7微流道熱特性及熱管理231
6.7.1微流道技術及熱交換效率232
6.7.2微流道熱管理233
6.8疊層晶片封裝熱分析及結溫預測案例[62]235
6.8.1熱測試疊層晶片及測試板設計235
6.8.2基於溫敏電阻的疊層晶片溫度測試236
6.8.3基於有限元素仿真的疊層晶片熱分析238
6.8.4疊層晶片溫度預測模型及驗證240
參考文獻246
第7章積體電路封裝力學特性與試驗251
7.1積體電路封裝力學特性251
7.1.1封裝各類力學問題251
7.1.2封裝主要力學特性252
7.1.3封裝力學失效及預防257
7.2積體電路封裝力學試驗266
7.2.1封裝常規力學試驗266
7.2.2封裝新型力學試驗268
7.3積體電路封裝力學典型案例273
7.3.1封裝蓋板振動特性案例273
7.3.2高密度鍵結引線碰絲案例279
參考文獻286
第8章積體電路封裝失效分析技術288
8.1封裝失效分析的主要內容288
8.2封裝失效分析程序289
8.3非破壞性失效分析技術292
8.3.1外觀分析技術292
8.3.2X射線顯微透視分析技術294
8.3.3掃描聲學顯微分析技術296
8.3.4粒子碰撞雜訊檢測技術298
8.3.5氦質譜檢漏分析技術299
8.4破壞性失效分析技術300
8.4.1開封及顯微製樣技術300
8.4.2內部氣氛分析技術301
8.4.3掃描電子顯微分析技術302
8.4.4透射電子顯微分析技術303
8.4.5聚焦離子束缺陷分析技術306
8.53D封裝失效分析新技術308
8.5.13DX射線分析技術308
8.5.2磁顯微分析技術311
8.5.3同步熱發射分析技術314
8.6積體電路封裝故障樹分析317
8.6.1積體電路封裝故障樹分析方法317
8.6.2積體電路封裝故障樹分析應用318
參考文獻320
第9章積體電路封裝品質與可靠性保證技術325
9.1封裝品質檢測與環境適應性要求325
9.1.1封裝的品質檢測要求325
9.1.2封裝的環境適應性要求329
9.2品質與可靠度分析技術333
9.2.1破壞性物理分析333
9.2.2結構分析339
9.2.3假冒和翻新分析342
9.3加速壽命試驗評估350
9.3.1積體電路產品的加速壽命試驗方法350
9.3.2封裝中常用的加速及失效模型354
9.3.3積體電路封裝的加速壽命試驗案例356
參考文獻359
第10章積體電路板級組裝可靠度361
10.1板級組裝製程與可靠性361
10.1.1板級組裝製程的發展歷程362
10.1.2主流SMT技術363
10.1.3板級組裝可靠性的製程影響因素365
10.2板級焊點的結構及可靠性367
10.2.1焊點結構特性分析367
10.2.2焊點結構與可靠度370
10.3板級焊點的材料及可靠性379
10.3.1有鉛焊料組裝的可靠性379
10.3.2無鉛焊料組裝的可靠性382
10.3.3混裝焊料組裝的可靠性386
10.4環境應力與板級組裝可靠度392
10.4.1熱應力與板級組裝可靠度392
10.4.2機械應力與板級組裝可靠度395
10.4.3電流應力與板級組裝可靠度399
10.4.4耦合應力與板級組裝可靠度402
10.5板級組裝可靠性的試驗評估406
10.5.1板級組裝可靠度的試驗評估方法406
10.5.2板級組裝可靠度的評估及失效案例411
參考文獻420
縮寫中英文對照表424