电子封装结构设计

【前言】
当今世界已经进入一个信息化时代，信息化程度的高低已成为衡量一个国家综合国力的重要标志。微电子技术是发展电子信息产业和各项高新技术中不可缺少的基础。微电子工业领域的两大关键性技术分别是芯片制造和电子封装。微电子技术的发展与电子封装的进步是分不开的，芯片功能的实现，需依靠封装来完成信号引出，实现与外界连接和信号传输，因此封装技术是芯片功能实现的重要组成部分。电子封装是将集成电路设计和微电子制造的裸芯片组装为电子器件、电路模块和电子整机的制造过程，或者是将微元件再加工及组合构成满足工作环境的整机系统的制造技术。
　　电子封装是《2025中国制造》中第一大类“1.新一代信息技术”中第一小类“1.1集成电路及专用设备”中的重点发展的第三部分“集成电路封装”部分，是国家重点发展的领域，也是朝阳产业。
　　电子封装技术是在保证可靠性的前提下，实现传输速度提高、热量能力扩散、I/O端口数增加、器件尺寸减小和生产成本降低的主要方法。电子封装技术除芯片设计、芯片制造等半导体器件领域，还包括芯片载体、电子元器件组装、互连等技术，是一门电路、工艺、结构、元件、材料紧密结合的多学科交叉的工程学科，涉及微电子、物理、化学、机械、材料和可靠性等多个研究领域。
　　随着大规模和超大规模集成电路技术、新型电子材料技术和封装技术的迅速发展，现代军用和民用电子装备正在向小型化、轻量化、高可靠、多功能和低成本方向发展，尤其机载、舰载、星载和终端移动等电子装备，实现小型化和轻量化对于提高电性能和灵活机动性更为关键。电子封装技术正面临着多功能、小型化、轻量化、高密度、高速度、低功耗和高可靠性等发展趋势带来的严峻挑战。随着集成电路技术的发展，芯片上集成的晶体管密度越来越高，集成度越来越大。
　　美国空军利用大约20年时间，收集整理了电子产品事故数据，分析表明：大约40%的故障是连接器失效，大约30%的故障与电连接相关，大约20%的故障与元器件相关。这些故障大多是由于搬运、振动、冲击、热循环引起的。
　　电子元器件按照摩尔定律的预测，在不断追求高集成度、高密度的同时，带来了新的问题，即高功率、高热量、超多传输线、寄生效应、高热应力、强辐射、串扰过冲等机、电、热、磁及其相互耦合问题。尤其是无铅焊料的要求，对封装又提出了新的挑战。随着电子元器件集成度的提高，封装成本所占总成本的比例快速增长。目前，有关综合描述电子封装中的机、电、热、磁及其相互耦合的书籍还不多。
　　2013年，在西安电子科技大学召开了第四届全国电子封装技术本科教学研讨会，经过磋商成立了电子封装技术核心课程教材编写委员会，本书就是在这个背景下编写而成的。
　　本书从封装的概念出发，由浅入深，配合大量图片、实例和公式，分别介绍了电子封装结构中所涉及的主要内容。全书共7章，各章主要内容如下：
　　第1章为电子封装概述，首先介绍了封装定义、封装层次、封装内容、封装功能、封装发展；其次叙述了多种封装结构形式；最后介绍了封装基板技术，内容包括基板组成、材料特性、基板分类、工艺、背板、金属基板、陶瓷基板等。
　　第2章为机械振动基础，内容包括机械振动概述和振动原理等。本章为第3章的理论基础。
　　第3章为电子部件机械振动，内容包括电子产品中最常见的PCB振动和悬挂元件振动。
　　第4章为电子封装结构热控制理论基础，内容包括导热、对流换热、热辐射等。本章为第5、6章的理论基础。
　　第5章为电子器件封装热设计，内容包括电子芯片封装结构热应力、DIP封装热设计、PGA封装热设计、QFP封装热设计、BGA封装热设计、叠层芯片SCSP封装元件热应力分析和3D封装热设计等。
　　第6章为PCB的热设计，内容包括PCB上的热源、PCB结构设计、元器件排列方式、PCB走线设计、PCB散热方式等。
　　第7章为高速电路，内容包括高速信号和高速电路系统、高速电路系统PCB设计简介、高速电路相关电子学术语、高速电路中常用电子元件特性分析等。
　　第1、2、3章由田文超教授编写，第4、5、6章由刘焕玲副教授编写，第7章由张大兴副教授编写，全书由田文超教授统稿和定稿。
　　由于编者水平有限，加上电子封装技术的发展日新月异，作者感觉理论和工艺水平等仍欠成熟，书中不足之处在所难免，恳请广大读者不吝指正。
　　本书在编写过程中，得到了电子封装技术编委会成员的指导和帮助，在此对各委员在百忙之中给予的支持和帮助表示衷心的感谢，同时还要感谢林科碌硕士、卫三娟硕士和崔昊硕士在本书图片处理、文字校对等工作中提供的帮助。
　　最后感谢西安电子科技大学出版社在本书出版过程中所提供的大力支持。
　　编者
　　2016年8月