功率半导体器件封装技术 第2版

本书聚焦功率半导体器件封装技术，详细阐述了该领域的多方面知识。开篇介绍功率半导体封装的定义、分类，回顾其发展历程，并探讨半导体材料的演进。接着深入剖析功率半导体器件的封装特点，涵盖分立器件和功率模块的多种封装形式。随后，对典型功率封装过程进行细致讲解，包括划片、装片、内互联键合等关键环节及其工艺要点、常见问题。在测试与分析部分，介绍功率器件的各类电特性测试方法，以及失效分析和可靠性测试手段。此外，还涉及功率器件的封装设计，包括材料、结构、工艺和散热设计，以及封装的仿真技术。同时，对功率模块封装、车规级半导体器件封装、第三代宽禁带功率半导体封装和特种封装/宇航级封装分别展开论述，介绍各自的特点、工艺、应用和发展前景。书末附录提供了半导体术语的中英文对照，方便读者查阅。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。

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，炽芯微电子有限公司董事长，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。

序第2版前言第1版前言致谢第章功率半导体封装的定义和分类11.1半导体的封装11.2功率半导体器件的定义31.3功率半导体发展简史41.4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92.1分立器件的封装92.2功率模块的封装122.2.1功率模块封装结构132.2.2智能功率模块142.2.3功率电子模块152.2.4大功率灌胶类模块162.2.5双面散热功率模块162.2.6功率模块封装相关技术17参考文献18第章典型的功率封装过程193.1基本流程193.2划片193.2.1贴膜203.2.2胶膜选择213.2.3特殊的胶膜223.2.4硅的材料特性243.2.5晶圆切割253.2.6划片的工艺263.2.7晶圆划片工艺的重要质量缺陷283.2.8激光划片293.2.9超声波切割313.3装片323.3.1胶联装片 333.3.2装片常见问题分析363.3.3焊料装片403.3.4共晶焊接483.3.5银烧结533.3.6瞬态液相扩散焊583.4内互联键合 603.4.1超声波焊原理613.4.2金/铜线键合623.4.3金/铜线键合的常见失效机理733.4.4铝线键合之超声波冷压焊743.4.5不同材料之间的焊接冶金特性综述833.4.6内互联焊接质量的控制863.5塑封913.6电镀 953.7芯片正背面金属化处理993.7.1化学镀(Electroless Plating)993.7.2电镀(Electroplating)1013.7.3蒸镀（Evaporation Deposition)1023.7.4综合工艺对比与协同策略1023.7.5生产中的关键问题与解决方案1033.8打标和切筋成型103参考文献105第章功率器件的测试和常见不良分析1064.1功率器件的电特性测试1064.1.1MOSFET产品的静态参数测试1064.1.2动态参数测试1094.2晶圆（CP）测试1174.3封装成品测试（FT）1194.4系统级测试（SLT）1214.5功率器件的失效分析1224.5.1封装缺陷与失效的研究方法论 1234.5.2引发失效的负载类型1244.5.3封装过程缺陷的分类1244.5.4封装体失效的分类1294.5.5加速失效的因素1314.6可靠性测试132参考文献140第章功率器件的封装设计1415.1材料和结构设计1415.1.1引脚宽度设计1415.1.2框架引脚整形设计1425.1.3框架内部设计1425.1.4框架外部设计1455.1.5封装体设计1475.2封装工艺设计1495.2.1封装内互联工艺设计原则1495.2.2装片工艺设计一般规则1505.2.3键合工艺设计一般规则1515.2.4塑封工艺设计1555.2.5切筋打弯工艺设计1565.3封装的散热设计1565.4封装设计的整体思路和EDA工具开发探索160参考文献165第章功率封装的仿真技术1666.1仿真的基本原理1666.2功率封装的应力仿真1676.3功率封装的热仿真1716.4功率封装的可靠性加载仿真1726.5功率封装的电仿真176参考文献180第章功率模块的封装1817.1功率模块的工艺特点及其发展1817.2典型的功率模块封装工艺1837.3模块封装的关键工艺1897.3.1银烧结1907.3.2粗铜线键合1917.3.3植PIN1937.3.4端子焊接1957.4功率模块的可靠性验证1967.4.1高温反偏测试验证1967.4.2高温门极反偏测试验证1977.4.3功率循环测试验证1977.4.4热冲击测试验证1987.4.5双脉冲测试验证2007.4.6温度循环测试验证2017.5功率模块的应用202参考文献205第章车规级半导体器件封装特点及要求2068.1IATF 16949：2016及汽车生产体系工具2078.2汽车半导体封装生产的特点2148.3汽车半导体产品的品质认证2158.4汽车功率模块的品质认证2198.5ISO 26262介绍2218.6SiC汽车功率模块的品质认证222参考文献224第章第三代宽禁带功率半导体封装2259.1第三代宽禁带半导体的定义及介绍2259.2SiC的特质及晶圆制备2269.3GaN的特质及晶圆制备2289.4第三代宽禁带功率半导体器件的封装2309.5第三代宽禁带功率半导体器件的应用2319.6宽禁带和超宽禁带功率半导体器件展望233第章特种封装/宇航级封装24010.1特种封装概述24010.2特种封装工艺24210.3特种封装常见的封装失效24610.4特种封装可靠性问题24910.5特种封装的应用25410.6特种封装未来发展25510.7高温封装的展望258参考文献259附录半导体术语中英文对照261