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『簡體書』功率半导体器件封装技术

書城自編碼: 3774795
分類:簡體書→大陸圖書→工業技術電子/通信
作者: 朱正宇 王可 蔡志匡 肖广源
國際書號(ISBN): 9787111707547
电子游戏: 机械工业电子游戏
出版日期: 2022-08-01

頁數/字數: /
書度/開本: 16开 釘裝: 平装

售價:HK$ 121.8

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本书作者团队既包含数十年行业经验的技术大咖,又有中科院微电子所高级工程师,以及高校教授,可以说是强强联合。从内容上,目前市场上关于功率半导体封装书的书大都是汇编类型,所列举的内容主要来自一线工程或操作人员,内容大多是阐述过程和结果,缺少深入的原理解析和分析。我们的《功率半导体器件封装技术》一书在过程原理上分析比较透彻,告诉了读者材料怎么选择,工艺如何设定和优化,封装设计方面不仅说明白了设计准则,也提供了透彻的设计思路。在功率模块章节,详细介绍了三种功率模块的结构和过程并做对比归纳;同时,对于当前的热点,汽车半导体单独一章阐述了汽车半导体封装产品的质量体系和要求,并归纳总结了汽车半导体产品实现的思路,标准和方法。由此推广到整个传统封装技术层面,并就当前国家层面的航天等特殊行业对封装的要求和特点进行了阐述。
內容簡介:
本书主要阐述了功率半导体器件封装技术的发展历程及其涉及的材料、工艺、质量控制和产品认证等方面的基本原理和方法。同时对功率半导体器件的电性能测试、失效分析、产品设计、仿真应力分析和功率模块的封装技术做了较为系统的分析和阐述,也对第三代宽禁带功率半导体器件的封装技术及应用于特殊场景(如汽车和航天领域)的功率器件封装技术及质量要求进行了综述。通过对本书的学习,读者能够了解和掌握功率半导体器件的封装技术和质量要求,由此展开并理解各种封装技术的目的、特点和应用场合,从而深刻理解功率半导体器件的封装实现过程及其重要性。
本书可作为各大专院校微电子、集成电路及半导体封装专业开设封装课程的规划教材和教辅用书,也可供工程技术人员及半导体封装从业人员参考。
關於作者:
本书作者团队由长期工作在半导体封测行业及科研研究机构的专业人士组成,主要成员及简介如下:
朱正宇,通富微电子股份有限公司总监,6 sigma黑带大师。曾在世界著名半导体公司(三星、仙童、霍尼韦尔公司)任职技术经理等职。。熟悉精通半导体封装,在内互联、IGBT、太阳能、射频及SiC模块等领域发表多项国内外专利和文章,长期负责功率器件及汽车半导体业务的研发管理、质量改善和精益生产。曾获2018年南通市紫琅英才,2019年江海人才。
王可,中国科学院微电子所高级工程师,长期从事材料、封装及可靠性相关的工程和研究工作。主持和参与国家及省部级项目十余项,发表期刊和会议文章二十余篇、专利二十余项。作为行业权威标准制定顾问,参与行业多项权威标准制定。
蔡志匡,南京邮电大学教授、博士生导师,南京邮电大学产学研合作处副处长、集成电路科学与工程学院执行副院长。入选江苏省333高层次人才培养工程、江苏省六大人才高峰、江苏省青年科技人才托举工程。研究方向是集成电路测试,主持国家重点研发计划等项目二十多项,发表论文四十余篇,申请专利五十多项。
肖广源,投资创建无锡华友微电子有限公司和上海华友金裕微电子有限公司。主要从事集成电路行业晶圆、框架以及封装后的表面处理关键制程,处于细分行业领先地位,并获得相关专利27项。
目錄
目录

前言
致谢
第章功率半导体封装的定义和分类1
1.1半导体的封装1
1.2功率半导体器件的定义3
1.3功率半导体发展简史4
1.4半导体材料的发展6
参考文献8
第章功率半导体器件的封装特点9
2.1分立器件的封装9
2.2功率模块的封装12
2.2.1功率模块封装结构12
2.2.2智能功率模块14
2.2.3功率电子模块15
2.2.4大功率灌胶类模块16
2.2.5双面散热功率模块16
2.2.6功率模块封装相关技术16
参考文献19
第章典型的功率封装过程20
3.1基本流程20
3.2划片20
3.2.1贴膜21
3.2.2胶膜选择22
3.2.3特殊的胶膜23
3.2.4硅的材料特性25
3.2.5晶圆切割26
3.2.6划片的工艺27
3.2.7晶圆划片工艺的重要质量缺陷29
3.2.8激光划片30
3.2.9超声波切割32
3.3装片33
3.3.1胶联装片 34
3.3.2装片常见问题分析37
3.3.3焊料装片41
3.3.3.1焊料装片的过程和原理41
3.3.3.2焊丝焊料的装片过程46
3.3.3.3温度曲线的设置48
3.3.4共晶焊接49
3.3.5银烧结54
3.4内互联键合 59
3.4.1超声波压焊原理60
3.4.2金/铜线键合61
3.4.3金/铜线键合的常见失效机理72
3.4.4铝线键合之超声波冷压焊73
3.4.4.1焊接参数响应分析74
3.4.4.2焊接材料质量分析76
3.4.5不同材料之间的焊接冶金特性综述82
3.4.6内互联焊接质量的控制85
3.5塑封90
3.6电镀 93
3.7打标和切筋成形97
参考文献99
第章功率器件的测试和常见不良分析100
4.1功率器件的电特性测试100
4.1.1MOSFET产品的静态参数测试100
4.1.2动态参数测试103
4.1.2.1击穿特性103
4.1.2.2热阻103
4.1.2.3栅电荷测试105
4.1.2.4结电容测试106
4.1.2.5双脉冲测试107
4.1.2.6极限能力测试109
4.2晶圆(CP)测试111
4.3封装成品测试(FT)113
4.4系统级测试(SLT)115
4.5功率器件的失效分析116
4.5.1封装缺陷与失效的研究方法论 117
4.5.2引发失效的负载类型118
4.5.3封装过程缺陷的分类118
4.5.4封装体失效的分类123
4.5.5加速失效的因素125
4.6可靠性测试125
参考文献129
第章功率器件的封装设计131
5.1材料和结构设计131
5.1.1引脚宽度设计131
5.1.2框架引脚整形设计132
5.1.3框架内部设计132
5.1.4框架外部设计135
5.1.5封装体设计137
5.2封装工艺设计139
5.2.1封装内互联工艺设计原则139
5.2.2装片工艺设计一般规则140
5.2.3键合工艺设计一般规则141
5.2.4塑封工艺设计145
5.2.5切筋打弯工艺设计146
5.3封装的散热设计146
参考文献150
第章功率封装的仿真技术151
6.1仿真的基本原理151
6.2功率封装的应力仿真152
6.3功率封装的热仿真156
6.4功率封装的可靠性加载仿真157
参考文献161
第章功率模块的封装162
7.1功率模块的工艺特点及其发展162
7.2典型的功率模块封装工艺164
7.3模块封装的关键工艺170
7.3.1银烧结171
7.3.2粗铜线键合172
7.3.3植PIN174
7.3.4端子焊接176
第章车规级半导体器件封装特点及要求178
8.1IATF 16949:2016及汽车生产体系工具179
8.2汽车半导体封装生产的特点186
8.3汽车半导体产品的品质认证187
8.4汽车功率模块的品质认证191
8.5ISO 26262介绍193
参考文献194
第章第三代宽禁带功率半导体封装195
9.1第三代宽禁带半导体的定义及介绍195
9.2SiC的特质及晶圆制备196
9.3GaN的特质及晶圆制备198
9.4第三代宽禁带功率半导体器件的封装200
9.5第三代宽禁带功率半导体器件的应用201
第章特种封装/宇航级封装204
10.1特种封装概述204
10.2特种封装工艺206
10.3特种封装常见的封装失效210
10.4特种封装可靠性问题213
10.5特种封装未来发展217
参考文献221
附录半导体术语中英文对照222
內容試閱
半导体产业又称集成电路产业,是电子工业的心(芯)脏产业,集成电路是集多种高技术于一体的高科技产品,几乎存在于所有工业部门,决定着一个国家的装备水平和竞争实力。半导体产业是信息产业的核心,属于国家战略性基础产业。半导体产业是当今世界发展非常迅速和竞争非常激烈的产业之一。半导体产业链很复杂,设计、制造、封测、设备、材料、EDA、IP,直至芯片成品,其中每一个环节都需要非常专业的知识。
芯片的大体制备流程包括芯片设计→圆晶制造→封装测试。 所谓半导体 “封(Packaging)”,是芯片生产过程的一道工序,是将集成电路用绝缘的材料包封的技术。封装工艺主要有以下功能:功率分配(电源分配)、信号分配、散热通道、隔离保护和机械支持等。封装对于芯片来说是必需的,也是不可或缺的一个环节,因为芯片必须与外界隔离,以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能的下降。另外,封装后的芯片也更便于安装和运输。可以说封装是半导体集成电路与电路板的连接桥梁,封装技术的好坏还直接影响到芯片自身的性能和印制电路板(Print Circuit Board,PCB)的设计与制造。半导体封装和测试行业相比半导体芯片晶圆制造(前道)来说具有投资少、风险低、回报快、劳动力相对集中的特点,对技术设备等要求也没有前道工序复杂和高。二十世纪八九十年代以来,由于引进外资和开放力度的加强,长三角、珠三角以及天津地区陆续投资了许多半导体封装和测试的外资公司,这些公司带来的技术和资金以及先进的管理思维,再加上当地政府的扶持,各方资源的优化,发展很快。目前我国的半导体封装和测试行业在世界半导体产业链中已经形成一定的规模优势,成为许多著名半导体公司的重要加工基地,已经形成了一定的规模优势。
我国第一次走入芯片发展史是在轰轰烈烈的“一五”计划前后。我国的半导体技术和工业体系也是在此阶段建立起来的。1958年起,上海元件五厂、上海电子管厂和上海无线电十四厂等先后成立。浙江和江苏也建立起一批半导体企业。上海的半导体工业在当时处于全国前列。1968年,上海又组建无线电十九厂,与北京的东光电工厂并驾齐驱。1980年,无锡江南无线电器材厂(742厂)宣布从日本东芝公司引进彩色和黑白电视机集成电路5μm全套生产线。这是我国第一次从国外引进集成电路技术。1986年,电子工业部在厦门召开集成电路发展战略研讨会,提出了“七五”(1986~1990年)期间的“531”发展战略,并决定在上海和北京建设两个微电子基地。1988~1995年,上海先后成立上海贝岭、上海飞利浦、上海松下等半导体公司。1988年,871厂绍兴分厂改名为华越微电子有限公司,建起了规模化、现代化的集成电路 IDM 模式,产量曾多年位居全国第二,并为浙江培养了大量的集成电路生产人才。1998年,上海贝岭在上交所上市,成为我国集成电路行业的上市企业。
随着国家对集成电路产业的日益重视,更大规模的“908工程”(1990年)和“909工程”(1995年)也启动了。“908工程”的重点是无锡华晶,目标是突破超大规模集成电路。然而实际情况是建设周期太长,待生产线建成投产时,技术水平已落后于国际主流。在一系列曲折探索后,1995年出台的“909工程”吸取之前的经验教训,确定了我国电子工业一笔投资规模达100亿元的项目。1997年,上海华虹与日本电气(NEC)合资组建华虹NEC,不到两年时间就建成并投片64MB的DRAM,“抓住了半导体高潮的尾巴”,当年实现盈利。2000年创立的中芯国际,钉下了上海乃至我国造芯史上的关键节点。3年时间,中芯国际就建立起4条8in生产线和1条12in生产线,到2005年就已成为全球第三大晶圆代工厂。这样的速度,全世界独此一家。在中芯国际落成后,世界芯片代工企业也纷纷落户上海。短短两三年时间,到2003年上半年,上海已拥有芯片代工企业11家,已建和在建的生产线18条,其中10条为8in生产线,占全国70%以上。江苏的苏州、无锡,也紧紧抓住了这一波外资和人才的浪潮。
2013年,我国集成电路产业总产值达到405亿美元,占全球比重已经达到13.3%。2014年9月,被称为“大基金”的国家集成电路产业基金挂牌成立,规模上千亿。无锡长电成为“大基金”的支持企业之一,在2015年收购星科金朋,成为全球第三大芯片封测巨头;通富微电并购AMD封装厂成为国内W一封装CPU、GPU的OSAT工厂;之前坐看省内“赛马”的南京也突然发力,短短几年时间,南京已经形成了一个芯片半导体产业集群,江苏的集成电路实力更是如虎添翼。上海在互联网发展*快的2000年之后,倾尽资源支持集成电路发展,在张江高科里聚集了各类芯片设计、制造、服务公司,曾经产值占全国一半。加上浙江士兰微、斯达等国内IDM公司的涌现,再结合长三角地区本来就领先的人文、人才教育资源,使得长三角地区成为了我国的“硅谷”区域的初步雏形。
半导体封装伴随着半导体的制造也是历经起伏,不过因为技术特点相对简单,投资密度小,没有半导体制造波动那么大。但也经历了以下发展阶段:
 第一阶段是在20世纪70年代以前,主要是通孔插装型封装。典型封装形式有:金属圆形(TO型)封装、陶瓷双列直插封装(CDIP)、

 

 

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