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第1章 纳米封装——纳米技术和电子封装1

1.1 简介1

1.2 计算机建模2

1.3 纳米颗粒2

1.3.1 纳米颗粒：制造2

1.3.2 纳米颗粒：高介电常数材料2

1.3.3 纳米颗粒：导电胶3

1.3.4 纳米颗粒：互连3

1.3.5 纳米颗粒：底部填充胶中的二氧化硅填料4

1.3.6 纳米颗粒：焊料4

1.4 碳纳米管4

1.4.1 碳纳米管：焊料4

1.4.2 碳纳米管：热性能4

1.4.3 碳纳米管：电性能5

1.4.4 碳纳米管：制造5

1.5 纳米结构5

1.6 纳米互连5

1.7 结论6

参考文献6

第2章 模拟技术和应用13

2.1 简介13

2.2 模拟技术14

2.2.1 连续模拟14

2.2.2 原子级与多尺度模拟技术15

2.2.3 不确定性及优化模拟15

2.2.4 建模工具将面临的挑战17

2.3 建模在制造工艺方面的应用18

2.3.1 聚焦离子束工艺模拟18

2.3.2 纳米压印光刻工艺模拟20

2.3.3 电铸工艺模拟21

2.4 模拟技术在装配工艺方面的应用23

2.4.1 锡膏印制23

2.4.2 焊料回流过程的分子动力学计算25

2.4.3 微波加热在微电子和纳米封装领域的应用25

2.5 模拟技术在可靠性预测方面的应用26

2.5.1 底部填充剂对焊点可靠性的影响26

2.5.2 各向异性导电薄膜的模拟27

2.5.3 纳米封装中与电迁移和热迁移相关的损害29

2.5.4 用于热管理的碳纳米管30

2.6 结论31

致谢31

参考文献31

第3章 分子动力学模拟在电子封装领域的应用35

3.1 简介35

3.2 分子动力学模拟技术35

3.3 电子封装中热循环测试的分子动力学模拟技术37

3.4 电子封装中湿气扩散的分子动力学研究40

3.5 采用分子动力学模拟技术预测环氧树脂复合材料的特性43

3.6 分子动力学模拟技术研究碳纳米管的热性能46

3.7 总结50

参考文献50

第4章 脱层建模的进展54

4.1 简介54

4.2 微／纳电子器件中与脱层相关的失效55

4.3 基于连续性的界面脱层建模55

4.3.1 界面断裂力学56

4.3.2 内聚区单元57

4.3.3 面积释放能量标准59

4.3.4 J积分的应用：暴露衬垫封装中的脱层引起的问题60

4.3.5 粘着区域应用：翘曲导致的柔性电子脱层63

4.3.6 面积释放能量的应用：Cu／低k值后端结构模型的可靠性模拟66

4.4 纳米尺度建模技巧67

4.4.1 分子动力学基础68

4.4.2 纳米界面粘附力70

4.4.3 应用一：预测硅和无定形纳米材料的性能71

4.4.4 应用二：采用MD方法来模拟二氧化硅基底上的有机低聚物73

4.4.5 应用三：聚合物-金属的界面强度74

4.5 展望：连续方法和纳米尺度方法的融合75

4.6 结论77

致谢77

参考文献78

第5章 纳米颗粒特性81

5.1 简介81

5.2 结构81

5.3 电气特性82

5.4 催化剂83

5.5 熔点降低84

5.6 烧结85

5.7 机械性能86

5.8 库仑阻塞效应87

5.9 扩散效应89

5.10 光学性质89

参考文献90

第6章 纳米颗粒制备95

6.1 简介95

6.2 金属纳米颗粒的制备方法95

6.2.1 化学处理96

6.2.2 物理处理97

6.3 环保型制备新途径98

6.3.1 液-固声化学反应99

6.4 避免颗粒团聚的技术102

6.4.1 金属纳米颗粒膏状物的表面活性剂103

6.5 总结103

致谢104

参考文献104

第7章 纳米颗粒高k值介电复合材料：机遇与挑战106

7.1 简介106

7.2 介电机制107

7.2.1 电容、介电常数和极化作用107

7.2.2 介电损耗107

7.3 高k值介电材料的选择109

7.3.1 铁电陶瓷材料109

7.3.2 铁电陶瓷-聚合物复合材料109

7.3.3 导电填料-聚合物复合材料109

7.4 采用纳米颗粒的介电材料110

7.4.1 基于陶瓷纳米颗粒的介电复合材料110

7.4.2 基于导体或半导体纳米颗粒的介电复合材料111

7.5 总结118

参考文献118

第8章 纳米结构电阻材料120

8.1 引言120

8.2 纳米结构电阻材料概述120

8.3 纳米结构电阻Crx（SiO）1-x和（Crx Si1-x）1-yNy的物理性质124

8.3.1 微观结构和成分124

8.3.2 电阻与温度的关系132

8.3.3 I-V特性134

参考文献139

第9章 纳米颗粒磁心电感器：设计、制造和封装141

9.1 引言141

9.2 电感器设计142

9.2.1 螺旋电感器142

9.2.2 环形电感器143

9.2.3 螺线管电感器144

9.2.4 微缝电感器144

9.2.5 表面平坦化技术147

9.2.6 磁路闭合型电感器148

9.2.7 复合平面电感器148

9.2.8 悬空空心电感器150

9.3 制备方法151

9.4 纳米颗粒磁心材料152

9.4.1 铁基纳米结构磁心154

9.4.2 钴基纳米结构磁心154

9.4.3 铁-钴基纳米结构磁心156

9.4.4 坡莫合金／Fe-Co合金薄膜夹层结构157

9.4.5 新型材料158

9.5 封装问题158

9.6 总结158

参考文献159

第10章 纳米导电胶164

10.1 简介164

10.2 各向同性纳米导电胶（纳米ICA）的研究进展166

10.2.1 采用纳米银线的ICA166

10.2.2 纳米银颗粒对ICA电导率的影响167

10.2.3 纳米银颗粒凝聚填充的ICA167

10.2.4 以纳米镍颗粒为填料的ICA168

10.2.5 用于填充有机基板的纳米导电胶169

10.2.6 以碳纳米管为填料的纳米ICA169

10.2.7 可喷墨印制的纳米ICA和喷墨技术170

10.3 纳米ACA/ACF的当前进展171

10.3.1 纳米银填料ACA/ACF低温烧结171

10.3.2 纳米ACA/ACF中自组装分子线的运用173

10.3.3 对纳米银填料ACA中的银迁移控制173

10.3.4 串状镍纳米颗粒组成的ACF176

10.3.5 纳米金属线ACF在极细微倒装芯片焊接中的作用176

10.3.6 ACA/ACF中的原位自生纳米填料176

参考文献177

第11章 微孔填充中的纳米颗粒180

11.1 简介180

11.2 用于微孔填充的导电胶／油墨183

11.3 纳米颗粒导电胶在微孔填充中的应用184

11.3.1 材料种类184

11.3.2 纳米颗粒烧结188

11.3.3 微孔的导电性要求189

11.3.4 导电胶的粘结性191

11.3.5 导电胶连接的稳定性192

11.4 微孔填充研究193

11.5 个案研究：Z向互连中的微孔填充试验194

11.5.1 芯片制备194

11.5.2 复合材料分层195

11.5.3 在最终封装结构中，导电胶填充微孔的可靠性198

11.6 总结198

参考文献199

第12章 导电微结构材料与技术204

12.1 用于微电子的导电纳米颗粒204

12.2 印制技术中使用的纳米材料206

12.3 喷墨印制原理和设备209

12.4 提高印制微结构导电性的物理过程214

12.5 由纳米颗粒组成的导电微结构和连接218

参考文献223

第13章 Sn-Ag系无铅焊料中的纳米颗粒研究226

13.1 简介226

13.2 纳米颗粒对焊料中金属间化合物的厚度和晶粒大小的影响227

13.3 纳米颗粒能溶解在金属间化合物中吗？236

13.4 纳米颗粒对焊球硬度的影响238

13.5 高冲击拉伸试验中金属间化合物的断裂240

13.6 纳米颗粒对跌落试验性能的影响242

13.7 总结244

参考文献245

第14章 用于细间距电子元器件的纳米底胶246

14.1 简介246

14.2 纳米底胶材料的应用前景246

14.3 纳米颗粒制备247

14.3.1 蒸气冷凝247

14.3.2 化学合成248

14.3.3 固态工艺248

14.3.4 超临界流体248

14.4 底胶的表面改性248

14.5 性能设计的计算技术249

14.5.1 立方单元格的建立250

14.5.2 立方体单元格的各向同性251

14.5.3 填料分布的随机性252

14.6 立方体单元格的有限元模型253

14.7 热膨胀系数预测254

14.8 弹性模量预测255

14.9 体积模量预测256

14.10 泊松比预测257

14.11 纳米底胶的粘弹性模型257

14.12 材料粘弹性模型的输入常数258

14.13 材料性能测量263

14.14 轴向测试263

14.14.1 应力-应变数据263

14.14.2 蠕变数据267

14.14.3 初步松弛数据268

14.15 应力松弛行为的相关性269

14.16 热膨胀系数测量270

14.17 热冲击可靠性测试271

14.17.1 测试结果和失效机理（共晶焊料）272

14.17.2 测试结果和失效机理（无铅焊料）273

14.18 总结275

参考文献275

第15章 碳纳米管的合成与表征277

15.1 简介277

15.2 多壁碳纳米管合成277

15.3 单壁碳纳米管合成278

15.4 电弧放电法278

15.4.1 电弧放电生成碳纳米管的重要参数278

15.4.2 电弧放电生成碳纳米管机理279

15.5 激光蒸发法282

15.6 脉冲电晕放电法284

15.7 其他方法284

15.8 化学气相沉积法285

15.8.1 影响CNT生长的参数285

15.8.2 基本概念287

15.8.3 化学气相沉积法分类287

15.9 气液固-化学气相沉积法290

参考文献290

第16章 纳米电子器件中碳纳米管的性能293

16.1 简介293

16.2 碳纳米管分类294

16.2.1 按碳纳米管的层性质分类294

16.2.2 基于手性的分类296

16.2.3 基于电学性质的分类298

16.3 碳纳米管性能299

16.3.1 电学性能299

16.3.2 机械性能300

16.3.3 热学性能301

16.3.4 化学性能301

16.4 应用301

16.4.1 灵敏元件301

16.5 单结点碳纳米管303

16.5.1 肖特基二极管（碳纳米管金属结点）303

16.5.2 基于碳纳米管的p-n结二极管305

16.5.3 碳纳米管金属半导体结点307

16.6 场效应晶体管308

16.6.1 按掺杂类型分类308

16.6.2 按接触类型分类308

16.7 基于碳纳米管的单电子晶体管309

16.8 集成器件制造311

16.8.1 非易失性随机存取存储器311

16.9 碳纳米管技术的限制312

16.10 纳米封装313

参考文献314

第17章 用于微系统热管理的碳纳米管317

17.1 简介317

17.2 物理背景318

17.2.1 热传导318

17.2.2 对流319

17.3 纳米热界面材料321

17.4 基于碳纳米管的微通道冷却器323

17.5 高热导率碳纳米管凸点327

17.6 结论328

致谢328

参考文献329

第18章 使用多壁碳纳米管封装的收发器电磁屏蔽331

18.1 简介331

18.2 多壁碳纳米管复合材料的制备332

18.2.1 多壁碳纳米管的材料性能332

18.2.2 多壁碳纳米管-液晶聚合物复合材料的性能334

18.3 多壁碳纳米管复合材料的电磁屏蔽性能336

18.3.1 多壁碳纳米管复合材料在远场源中的电磁屏蔽性能336

18.3.2 多壁碳纳米管复合材料在近场中的电磁屏蔽性能337

18.4 封装后的收发器电磁屏蔽性能338

18.4.1 光收发器模块338

18.4.2 收发器模块近场电磁干扰测量339

18.4.3 收发器模块在近场源下的电磁敏感性测量341

18.5 结论和讨论345

参考文献345

第19章 单壁碳纳米管增强焊料63Sn-37Pb和Sn-3.8Ag-0.7Cu的性能348

19.1 简介348

19.2 实验部分349

19.2.1 材料349

19.2.2 复合焊料制备349

19.2.3 扫描电子显微镜349

19.2.4 热机械分析350

19.2.5 差示扫描量热法350

19.2.6 电学特性350

19.2.7 润湿性350

19.2.8 显微硬度测试351

19.2.9 拉伸试验351

19.2.10 焊点抗拉强度351

19.2.11 蠕变断裂分析352

19.3 结果与讨论352

19.3.1 微观结构测试352

19.3.2 热膨胀系数354

19.3.3 DSC分析355

19.3.4 电导率357

19.3.5 接触角357

19.3.6 润湿性358

19.3.7 显微硬度359

19.3.8 拉伸性质360

19.3.9 强化机理363

19.3.10 断裂研究365

19.3.11 铜基板的焊点强度368

19.3.12 蠕变-断裂分析368

19.4 结论368

参考文献369

第20章 电子封装中的纳米线371

20.1 简介371

20.2 纳米线和封装研究372

20.3 纳米线：制造373

20.4 金属纳米线：材料376

20.5 分段金属纳米线376

20.6 金属纳米线：结构和形态377

20.7 金属纳米线：力学特性378

20.8 金属纳米线与温度378

20.9 电学性质379

20.10 纳米线操控技术380

20.11 纳米线：键合与连接381

20.12 纳米线与电磁场相互作用382

20.13 未来前景383

20.14 结论384

参考文献384

第21章 微电子封装中应力工程柔性互连的设计和发展394

21.1 简介394

21.2 有关柔性互连的文献综述396

21.3 应力工程柔性互连398

21.3.1 应力工程柔性互连的制造过程398

21.3.2 J-弹簧柔性互连400

21.4 柔性分析401

21.5 柔性互连的装配工艺403

21.5.1 滑动接触封装405

21.5.2 非焊接的底部填充封装406

21.6 底部填充封装的加速热循环测试407

21.7 自由接触封装的热循环409

21.8 传感用纳米悬臂的制备410

21.8.1 制造结论412

21.9 总结414

参考文献414

相关参考资料416

第22章 纳米尺度硅逻辑器件中倒装芯片封装：挑战和机遇419

22.1 简介419

22.2 空间变换422

22.2.1 管芯封装互连423

22.2.2 封装内部互连425

22.2.3 封装-母板互连426

22.3 电学性能427

22.3.1 功率传输427

22.3.2 信号带宽430

22.4 热管理432

22.5 结构完整性435

22.6 形状因子管理438

22.7 总结440

参考文献440

第23章 纳米电子学前景：应用、技术和经济442

23.1 简介442

23.2 应用442

23.2.1 医疗442

23.2.2 移动／交通445

23.2.3 安全446

23.2.4 通信447

23.2.5 教育／娱乐447

23.2.6 能源／环境448

23.3 技术449

23.3.1 遵循摩尔定律449

23.3.2 后CMOS技术450

23.3.3 超越摩尔定律451

23.3.4 异质集成451

23.3.5 设备和材料453

23.3.6 设计454

23.4 经济456

23.5 总结459

参考文献461