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高密度集成电路有机封装材料

作译者：杨士勇

出版时间：2021-12 千字数：757 版次：01-01 页数：584

开本：16开装帧： I S B N ：9787121424977

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纸质书定价：￥218.0

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第1章  高密度集成电路有机封装材料引论
  1.1  集成电路封装基本概念
  1.2  高密度集成电路封装技术现状及发展趋势
  1.3  高密度集成电路有机封装材料
  参考文献
第2章  刚性高密度封装基板材料
  2.1  高密度多层互连芯板材料
    2.1.1  导电铜箔
    2.1.2  增强纤维布
    2.1.3  热固性树脂
  2.2  高密度积层多层基板材料
    2.2.1  感光性绝缘树脂
    2.2.2  热固性绝缘树脂
    2.2.3  附树脂铜箔（RCC） 
  2.3  高密度封装基板制造方法
    2.3.1  半固化片制备
    2.3.2  覆铜板压制成型
    2.3.3  多层互连芯板制造
    2.3.4  积层多层基板制造
  2.4  高密度封装基板结构与性能
    2.4.1  单/双面封装基板
    2.4.2  多层封装基板
    2.4.3  有芯积层基板（BUM）
    2.4.4  无芯积层基板
  参考文献
第3章  挠性高密度封装基板材料
  3.1  挠性IC封装基板材料
    3.1.1  高性能聚酰亚胺薄膜
    3.1.2  挠性覆铜板
    3.1.3  挠性封装基板
  3.2  高频电路基板材料
    3.2.1  LCP聚酯薄膜
    3.2.2  LCP挠性覆铜板 
    3.2.3  LCP挠性多层电路基板
    3.2.4  高频用聚酰亚胺薄膜
    3.2.5  高频用氟树脂/PI复合薄膜
  3.3  柔性光电显示基板材料
    3.3.1  柔性显示基板
    3.3.2  柔性显示基板制造方法
    3.3.3  柔性显示用聚合物薄膜
  参考文献
第4章  层间互连用光敏性绝缘树脂
  4.1  负性光敏聚酰亚胺树脂
    4.1.1  酯型光敏聚酰亚胺树脂
    4.1.2  离子型光敏聚酰亚胺树脂 
    4.1.3  本征型光敏聚酰亚胺树脂 
    4.1.4  化学增幅型光敏聚酰亚胺树脂
  4.2  正性光敏聚酰亚胺树脂
    4.2.1  含羧基前驱体树脂
    4.2.2  含酚羟基前驱体树脂
    4.2.3  本征可溶性前驱体树脂
    4.2.4  化学增幅型前驱体树脂
  4.3  正性光敏聚苯并咪唑树脂
    4.3.1  PBO前驱体树脂结构与性能
    4.3.2  化学增幅型光敏PBO前驱体树脂
  4.4  光敏聚合物树脂主要性能及典型应用
    4.4.1  光敏聚合物树脂的典型应用
    4.4.2  正性光敏聚合物树脂
    4.4.3  负性光敏聚酰亚胺树脂
    4.4.4  非光敏聚酰亚胺树脂
  4.5  光敏苯并环丁烯树脂
    4.5.1  BCB树脂结构及性能特点
    4.5.2  双BCB聚合单体
    4.5.3  B-阶段BCB树脂
    4.5.4  光敏性BCB树脂
  参考文献
第5章  环氧树脂封装材料
  5.1  环氧塑封料
    5.1.1  环氧塑封料特性与组成
    5.1.2  环氧塑封料封装工艺性
    5.1.3  环氧塑封料结构与性能
    5.1.4  环氧塑封料在先进封装中的典型应用
    5.1.5  发展趋势
  5.2  环氧底填料
    5.2.1  传统底填料
    5.2.2  非流动性底填料
    5.2.3  模塑型底填料
    5.2.4  晶圆级底填料
    5.2.5  底填料用环氧树脂
  参考文献
第6章  导电导热黏结材料
  6.1  各向同性导电黏结材料
    6.1.1  ICAs的组成及制备
    6.1.2  ICAs的结构与性能
    6.1.3  提高ICAs使用性能的方法 
    6.1.4  ICAs在IC封装中的典型应用
  6.2  各向异性导电黏结材料
    6.2.1  ACAs的组成与制备
    6.2.2  ACAs的结构与性能
    6.2.3  ACAs在先进封装中的应用
    6.2.4  ACAs的失效机制
    6.2.5  代表性ACAs性能
  6.3  芯片黏结材料
    6.3.1  芯片黏结材料发展历程
    6.3.2  先进封装对芯片黏结材料的要求
    6.3.3  芯片黏结胶膜
    6.3.4  低应力芯片黏结胶膜 
    6.3.5  高耐热芯片黏结胶膜
    6.3.6  先进封装用芯片黏结胶膜
  6.4  导热黏结材料
    6.4.1  热界面材料的分类
    6.4.2  热界面材料性能测试方法
    6.4.3  热界面材料的结构与性能
    6.4.4  热界面材料模拟预测
    6.4.5  热界面材料的可靠性
    6.4.6  代表性热界面材料
  参考文献
第7章  光刻胶及高纯化学试剂
  7.1  光刻胶
    7.1.1  光刻胶基本知识
    7.1.2  紫外光刻胶
    7.1.3  深紫外光刻胶
    7.1.4  电子束光刻胶
    7.1.5  下一代光刻胶技术
  7.2  高纯化学试剂
    7.2.1  高纯化学试剂基本知识
    7.2.2  高纯化学试剂的应用
    7.2.3  高纯化学试剂的纯化技术
    7.2.4  高纯化学试剂的分析测试技术
    7.2.5  高纯化学试剂制备技术
    7.2.6  产品的包装、储存及运输
  参考文献

“集成电路系列丛书”主编序言
                                              培根之土    润苗之泉    启智之钥    强国之基
      王国维在其《蝶恋花》一词中写道：“最是人间留不住，朱颜辞镜花辞树”。这似乎是人世间不可挽回的自然规律。然而，人们还是通过各种手段，借助于各种媒介，留住了人们对时光的记忆，表达了人们对未来的希冀。
      图书，尤其是纸质图书，是数量最多、使用最悠久的记录思想和知识的载体。品《诗经》，我们体验了青春萌动；阅《史记》，我们听到了战马嘶鸣；读《论语》，我们学习了哲理思辨；赏《唐诗》，我们领悟了人文风情。
      尽管人们现在可以把律动的声像寄驻在胶片、磁带和芯片之中，为人们的感官带来海量信息，但是图书中的文字和图像依然以它特有的魅力，擘画着发展的总纲，记录着胜负的苍黄，展现着感性的豪放，挥洒着理性的张扬，凝聚着色彩的神韵，回荡着音符的铿锵，驰骋着心灵的激越，闪烁着智慧的光芒。
      《辞海》中把书籍、期刊、画册、图片等出版物的总称定义为“图书”。通过林林总总的“图书”，我们知晓了电子管、晶体管、集成电路的发明，了解了集成电路科学技术、市场、应用的成长历程和发展规律。以这些知识为基础，自20世纪50年代起，我国集成电路技术和产业的开拓者踏上了筚路蓝缕的征途。进入21世纪以来，我国的集成电路产业进入了快速发展的轨道，在基础研究、设计、制造、封装、设备、材料等各个领域均有所建树，部分成果也在世界舞台上拥有一席之地。
      为总结昨日经验，描绘今日景象，展望明日梦想，编撰“集成电路系列丛书”（以下简称“丛书”）的构想成为我国广大集成电路科学技术和产业工作者共同的夙愿。
      2016年，“丛书”编委会成立，开始组织全国近500名作者为“丛书”的第一部著作《集成电路产业全书》（以下简称《全书》）撰稿。2018年9月12日，《全书》首发式在北京人民大会堂举行，《全书》正式进入读者的视野，受到教育界、科研界和产业界的热烈欢迎和一致好评。其后，《全书》英文版Handbook of Integrated Circuit Industry的编译工作启动，并决定由电子工业出版社和全球最大的科技图书出版机构之一——施普林格（Springer）合作出版发行。
      受体量所限，《全书》对于集成电路的产品、生产、经济、市场等，采用了千余字“词条”描述方式，其优点是简洁易懂，便于查询和参考；其不足是因篇幅紧凑，不能对一个专业领域进行全方位和详尽的阐述。而“丛书”中的每一部专著则因不受体量影响，可针对某个专业领域进行深度与广度兼容的、图文并茂的论述。“丛书”与《全书》在满足不同读者需求方面，互补互通，相得益彰。
      为更好地组织“丛书”的编撰工作，“丛书”编委会下设了12个分卷编委会，分别负责以下分卷：
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路发展史论和辩证法
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业经济学
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业管理
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业教育和人才培养
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路发展前沿与基础研究
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产品、市场与投资
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路设计
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路制造
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路封装测试
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业专用装备
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业专用材料
      ☆ 集成电路系列丛书·化合物半导体的研究与应用
      2021年，在业界同仁的共同努力下，约有10部“丛书”专著陆续出版发行，献给中国共产党百年华诞。以此为开端，2021年以后，每年都会有纳入“丛书”的专著面世，不断为建设我国集成电路产业的大厦添砖加瓦。到2035年，我们的愿景是，这些新版或再版的专著数量能够达到近百部，成为百花齐放、姹紫嫣红的“丛书”。
      在集成电路正在改变人类生产方式和生活方式的今天，集成电路已成为世界大国竞争的重要筹码，在中华民族实现复兴伟业的征途上，集成电路正在肩负着新的、艰巨的历史使命。我们相信，无论是作为“集成电路科学与工程”一级学科的教材，还是作为科研和产业一线工作者的参考书，“丛书”都将成为满足培养人才急需和加速产业建设的“及时雨”和“雪中炭”。
      科学技术与产业的发展永无止境。当2049年中国实现第二个百年奋斗目标时，后来人可能在21世纪20年代书写的“丛书”中发现这样或那样的不足，但是，仍会在“丛书”著作的严谨字句中，看到一群为中华民族自立自强做出奉献的前辈们的清晰足迹，感触到他们在质朴立言里涌动的满腔热血，聆听到他们的圆梦之心始终跳动不息的声音。
      书籍是学习知识的良师，是传播思想的工具，是积淀文化的载体，是人类进步和文明的重要标志。愿“丛书”永远成为培育我国集成电路科学技术生根的沃土，成为润泽我国集成电路产业发展的甘泉，成为启迪我国集成电路人才智慧的金钥，成为实现我国集成电路产业强国之梦的基因。
      编撰“丛书”是浩繁卷帙的工程，观古书中成为典籍者，成书时间跨度逾十年者有之，涉猎门类逾百种者亦不乏其例：
      《史记》，西汉司马迁著，130卷，526500余字，历经14年告成；
      《资治通鉴》，北宋司马光著，294卷，历时19年竣稿；
      《四库全书》，36300册，约8亿字，清360位学者共同编纂，3826人抄写，耗时13年编就；
      《梦溪笔谈》，北宋沈括著，30卷，17目，凡609条，涉及天文、数学、物理、化学、生物等各个门类学科，被评价为“中国科学史上的里程碑”；
      《天工开物》，明宋应星著，世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作，3卷18篇，123幅插图，被誉为“中国17世纪的工艺百科全书”。
      这些典籍中无不蕴含着“学贵心悟”的学术精神和“人贵执着”的治学态度。这正是我们这一代人在编撰“丛书”过程中应当永续继承和发扬光大的优秀传统。希望“丛书”全体编委以前人著书之风范为准绳，持之以恒地把“丛书”的编撰工作做到尽善尽美，为丰富我国集成电路的知识宝库不断奉献自己的力量；让学习、求真、探索、创新的“丛书”之风一代一代地传承下去。

                                                                                                               王阳元
                                                                                               2021年7月1日于北京燕园

                                                            前    言
      自20世纪70年代以来，集成电路封装技术经历了三次重大变革。集成电路封装形式由传统的两边端子引线型（如DIP）、四边端子引线型（如QFP、TSOP等）发展为平面阵列端子引线型（如PGA）和平面阵栅焊球或凸点引出型（如BGA、CSP等）；芯片端子引出由金属引线（如金丝）发展到焊料微球和金属凸点，大幅缩短了信号传输距离，提高了传输速度；由单个芯片封装发展到多个芯片封装，由单层多个芯片封装发展到多层多个芯片封装。在多个芯片封装基础上，发展了系统级封装（System in a Package, SiP）和晶圆级封装（Wafer Level Package, WLP）等先进封装技术。SiP不但可将同一类型的多个芯片封装于一体（Multi Chip Package，MCP），还可将不同种类、不同功能的多个芯片封装于一体，芯片之间可以进行信号存取和交换，从而形成一个具备特定功能的电子系统。WLP首先对整个晶圆进行整体一次性封装，然后将封装的集成电路进行切割，形成单个封装电路，与单个芯片封装相比，封装密度显著增加，封装尺寸显著缩小，生产效率显著提高。
      自20世纪90年代以来，集成电路产业在全球范围内进入快速发展阶段。原先分工明确的前道（集成电路设计与制造业）、后道（集成电路封装业）和组装（PCB产业）的上下游关系越来越紧密，分工界限日趋模糊，目前已逐渐形成一个整体产业。随着集成电路制造技术水平的不断提高，集成电路封装技术也随之发生了巨大变化，业已迈入高密度电子封装时代，同时带动了PCB产业的快速发展。随着集成电路特征线宽越来越窄（目前已经达到7nm/5nm水平），集成电路封装尺寸越来越小，厚度越来越薄，封装结构日趋复杂。
      先进集成电路封装技术主要基于四大关键技术，即高密度封装基板技术、薄/厚膜制作技术、层间微互连技术和高密度电路封装技术。其中高密度封装基板技术占据着核心地位。高密度封装基板分为无机基板和有机基板两大类。无机基板主要指的是陶瓷基板，它具有热导率高、模量高、热膨胀系数低等特点；有机基板则是以有机树脂与玻璃布复合材料或有机薄膜为基材，采用积层多层布线和多层压合方式实现高密度多层布线，具有电绝缘性能好、介电常数低、质量小、制造成本低、易实现多层化、便于实现自动化生产等特点。与无机基板相比，有机基板获得了更普遍的应用。无论高密度多层封装基板，还是芯片表面积层结构的多层布线，都是通过层间微互连技术实现的：将光敏性绝缘树脂作为绝缘介质层，导体金属作为信号传输层，经过光刻工艺形成多层微互连结构；将多层基板表面的微焊盘与芯片积层表面的微凸点/焊球精确对准，或者将多层基板表面的微凸点/微焊球与芯片积层表面的微焊盘精确对准后，经波峰焊实现电气连接。同时，高密度电路封装技术（包括环氧塑封、环氧底填、导电胶接、导热胶接、芯片黏结等）都发生了深刻变化。
      封装材料是封装技术的基础，对封装基板制造、薄/厚膜制作、层间微互连和高密度封装等都具有关键的支撑作用。封装材料主要包括无机封装材料和有机封装材料两大类。无机封装材料主要包括金属材料（如金丝、导体铜箔、焊料等）和陶瓷材料（如陶瓷基板等）。目前，有机封装材料的种类最多、使用量最大、应用面最广，主要包括：①封装基板材料，用于搭载集成电路芯片，分为刚性封装基板和挠性封装基板两种；②层间互连用光敏性绝缘树脂，主要用于集成电路芯片表面上的多层互连布线、凸点制作、芯片黏结等，如光敏性聚酰亚胺树脂（Photosensitive Polyimides，PSPI）、光敏性苯并环丁烯树脂（Photosensitive Benzocyclobutene, PS-BCB）、高耐热黏结胶膜、光刻胶及高纯化学试剂等；③高密度封装材料，主要用于保护搭载在基板上或固定在引线框架上的集成电路芯片，如环氧塑封料、环氧底填料、芯片黏结胶膜、导热黏结材料等。
      本书共7章，系统介绍高密度集成电路有机封装材料的制备、结构与性能及典型应用，主要内容包括高密度集成电路有机封装材料引论、刚性高密度封装基板材料、挠性高密度封装基板材料、层间互连用光敏性绝缘树脂、环氧树脂封装材料、导电导热黏结材料、光刻胶及高纯化学试剂。
      本书由杨士勇编著。参加本书编写的人员还有洪伟杰、胡爱军、张浩洋、何建君、杨海霞、王立哲、袁莉莉、赵晓娟、王志媛、吴子煜、范圣男、赵炜珍。其中，洪伟杰、胡爱军编写了第1章，张浩洋、胡爱军编写了第2章，何建君、杨海霞编写了第3章，王立哲、袁莉莉编写了第4章，赵晓娟、王志媛编写了第5章，吴子煜、杨海霞编写了第6章，范圣男、赵炜珍编写了第7章。全书由杨士勇统稿、定稿。
      本书适合微电子制造与封装、高分子科学、化学化工等领域的科技人员阅读，也可作为高等学校相关专业的教学用书。
      由于作者水平有限，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

                                                                                                           杨士勇
                                                                                                   2020年11月11日

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