微系统封装基础作业

1. A)什么是光刻胶（photo resist）？

B)正性光刻胶与负性光刻胶的区别是什么？其刻蚀的物理过程是什么？ 答：

A) 光刻胶：指光刻工艺中，涂覆在材料表面，经过曝光后其溶解度发生变化的耐蚀刻

的薄膜材料。利用这一特性，对均匀的光刻胶的不同位置进行曝光，再通过显影液就能得到想要的图形。

B) 正性光刻胶：这种光刻胶被曝光的部分易溶于显影液，未被曝光的部分难溶于显影

液。

负性光刻胶：它的被曝光的部分难溶于显影液，未被曝光的部分易溶于显影液。 2. 什么是电介质常数？电介质常数低有什么好处？为什么有这样的好处（物理原理）？

电介质常数高有什么好处以及坏处？低电介质常数与高电介质常数材料的应用有哪些（CMOS中的栅氧化层为什么用高电介质常数的材料，通常用什么材料）？ 答：电介质常数是电场在真空中时的电场强度与该电场中放入电介质后的电场强度的比值，又称为相对介电常数。

电介质常数低（low-K）有利于隔离器件，当器件尺寸很小的时候，器件与器件之间的间距也很小，此时寄生电容的效应变的很显著，电介质常数低的材料会降低寄生电容，从而达到更好的器件隔离效果。

电介质常数高时，如果材料是在器件之间，那么将无法很好的隔离器件；但电介质常数高的材料可以在其他条件不变的情况下形成更大的电容，这在用作MOS管的栅时有重要意义：器件尺寸的减小要求栅电压降低（否则会击穿），而在获得同样的驱动电流时，则需要栅电容较大，隧道效应限制了栅介质的厚度，所以需要采用高K值的材料来做栅介质。

低电介质常数的材料通常用于降低器件间的寄生电容。高电介质常数的材料通常用作器件的栅以避免隧道效应。

栅极材料需要是良导体，以前用重掺杂多晶硅。随着尺寸缩小，改用了高K值的材料。现在的一些高性能CPU中采用的是金属电极和高K值电介质混合的技术。 3. 基板（Substrate）是什么？软基板与硬基板有什么区别？硅基板的应用有哪些？ 答：基板是光刻中图形刻蚀到的基底。

软基板与硬基板差别在于其是否是柔性的。 硅基板可用于集成电路，太阳能电池。 4. A)为什么通常高分子材料不导电？（物理原理）

B)为什么金属导电？（物理原理）

C)一些新材料（碳纳米管、石墨烯）为什么导电？ 答：

A) 高分子材料不导电是因为没有可以自由移动的电荷，具体而言，高分子材料中，

分子与分子之间由分子力作用，不涉及电子；而单个分子之间，又通常是饱和的共价键，这种共价键的电子对之间结合十分紧密，禁带宽度很大，电子难以挣脱束缚。故不能导电。

B) 金属中，外层电子受核束缚较弱，形成金属键时，电子的禁带宽度很小，呈现

出自由移动的形式。

C) 碳纳米管、石墨烯中，碳原子的外层电子轨道是sp杂化，其中p轨道相互重

叠连成一个很大的π键，电子可以在其中自由移动。

5. 导电与导热的原理是什么？石墨烯与纳米管导电（与上一题重复）与导热的原理是

什么？

答:导电原理：导电电荷在物质中传递的过程，金属中是通过易于电离的电子在其中将电势传播；半导体中是电子空穴对的转换将电荷传播；有机物中通过电子轨道的交叠使电子可以在其中移动。

导热原理：导热是通过分子、原子、电子或声子间的碰撞与散射来将内能传递的过程。 石墨烯与碳纳米管导热原理是：碳原子之间形成了稳定的晶格，容易通过格波传递晶格震动从而传递内能。

6. 为什么金刚石导热性能好？为什么金刚石不导电？

答:碳-碳之间形成了很强的共价键，并且构成了很稳定的晶格，从而很容易传播晶格震动（即格波）；但电子却受到了很强的束缚，难以传递电荷。

7. 什么是LED？其发光原理是什么？太阳能电池（solar cell）的物理原理是什么？ 答:LED是发光二极管。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。 8. 什么是晶体管？它（双极性）的物理原理是什么？晶体管的两个主要功能是什么？

为什么这两种功能非常重要？

答:晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等。晶体管有时多指晶体三极管；晶体管主要分为两大类：双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。

双极性晶体管物理原理是首尾相连的两个PN节，一个重掺杂一个轻掺杂。通过控制中间（基区）电压控制两个PN节的状态从而控制通过晶体管的电流大小。

晶体管主要功能是用作开关以及放大器。前者是数字电路的基础，后者是模拟电路的基础，因而晶体管对于整个电子行业意义重大。 9. 有哪些种类的显示器？它们的原理是什么？

答:CRT:电子枪发射三束电子，通过线圈使其发生偏转，扫描形式打到屏幕上不同像素点上。

LCD:背光提供光源，通过液晶上所加的电压改变其状态，从而显示不同的色彩与明暗。

LED:LED发光点构成像素点，像素点发光，显示图像。

等离子：像素点由三色荧光体构成，通过控制照射的紫外光使得像素点发光。 OLED：与LED类似，性能更佳。 10. A)线性光学与非线性光学的区别是什么？ 答:

A) 弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常

量，介质的极化强度正比于光波的电场强度E，光波叠加时遵守线性叠加原理。光强很大时，介质极化率与场强成非线性关系。

B) 结构上没有对称中心的非线性光学材料称为二阶非线性光学材料，具有对称中心

的称为三阶非线性光学材料。

C) 光纤传输的两个特征是高速以及高带宽。高速是由于是利用光传播信号。首先光

纤通信中的载波频率很高，使得调制信号的带宽可以达到很宽；其次光纤带宽很宽，可以利用光纤的带宽安排很多信道进行传输，所以光纤通信可以实现很高的B)高分子材料用在2阶非线性光学中与用在3阶非线性光学中有什么区别？ C)光纤的两个特征（feature）是什么？光纤具有这两个特征的原理是什么？

带宽传输。

11. CMOS中栅（gate）的功能是什么？为什么要求它要具有高的k值？以前用什么材

料来做栅？现在用什么材料？

答：功能：在栅上加栅电压可以控制跨导的大小，从而控制通过电路的电流。

高的k值：具有良好的绝缘性能，防止电路中的电流泄漏问题。特别是当电路越做越小时，泄漏电流可能越来越大，就需要更高K的材料来解决漏电流问题。

以前用做多晶硅栅极，现在用金属做栅极。栅介质也将以高K材料代替二氧化硅 12. 什么是三五族化合物（III-V compounds）？与硅相比它的传输速度更快，这是为

什么？

答：所谓III-V族化合物，是元素周期表中III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As，Sb形成的化合物，主要包括镓化砷（GaAs）、磷化铟（InP）和氮化镓等。

由于五价原子比三价原子具有更高的阴电性，因此有少许离子键成份。正因为如此，

III-V族材料置于电场中，晶格容易被极化，离子位移有助于介电系数的增加。GaAs材料的n型半导体中，电子移动率((mn～8500)远大于Si的电子移动率((mn～1450)，因此运动速度快，在高速数字集成电路上的应用，比Si半导体优越。 13. 为什么集成度提高以后，系统的可靠性会急剧增高？ 答：

集成度的提高体现在：芯片面积增大、器件尺寸缩小、集成效率的提高。集成

度提高，相对于分立元件可靠性高是因为电路失效的主要根源是焊接点的失效。集成电路内部用铝线连接，需要焊接到外部的引线数与器件的总数之比随集成度的提高而急剧减小。

14. 描述系统集成封装的6个功能。系统集成封装跟Moore than Moore有什么区别？ 答：

DFX（设计），系统测试，功率分布，信号分布，散热，封装保护。

系统集成封装追求的是制程技术往下一代延伸。

Moore than Moore的理念就是要超摩尔定律，在摩尔定律以外进行反向思考，尤其是成熟的主流制程能不能带给IC设计者更多附加价值，而非一味地追求先进制程的技术微缩。

15. “超摩尔定律”的做法通常会让非数字功能（例如：射频通信、电源控制、被动组件、

传感器、驱动器）从系统板级转变到特定的系统级封装（SiP）或系统级芯片（SoC）的潜在解决方案，并最后进入叠层芯片系统芯片（Stacked Chip SOC，SCS）。为什么高性能半导体（high performance semiconductor）需要用low loss材料？（提示：low loss材料具有较低的tan δ值）low loss材料会在上GHz的场合下应用，其原因是？ 描述下什么是3G 和4G。

答：因为low loss材料具有较低的tan δ值，而tan δ值越小说明能量损耗越低，内生热越不明显。

频率越高，损耗越大，而用low loss材料可以有效降低能量损耗。

3G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆字节／每秒）、384kbps（千字节／每秒）以及144kbps的传输速度。

4G是第四代移动通信技术。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带

ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。 16. “Laser”的含义是什么？

答：激光英文全名为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)。 于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。

17. 在21世纪的工程领域，人们所面临的14个巨大挑战是什么？

答：（1）更容易的获取太阳能；（2）提供核聚变能源；（3）发明碳冻结工艺；（4）利用氮循环；（5）提供饮用水；（6）修复和改善城市基础设施；（7）建立人体健康信息系统；（8）开发基因药物（9）发展大脑逆向工程学；（10）预防核恐怖；（11）保护网络空间；（12）加强虚拟现实技术；（13）发展个性化学习；（14）发明科学探索新工具。 18. 描述碳的4种结构形式（不同维数）以及相应的物质。

答：0维：富勒烯；1维：碳纳米管；2维：石墨烯；3维：石墨（金刚石）。 19. 描述整个光谱的范围内，各个光谱频段的应用举例。可见光光谱范围。

答：近红外光谱0.8-2.5um；中红外光谱2.5-25um，远红外光谱25-1000um；红640-780nm；橙640-610nm；黄610-530nm；绿505-525nm；蓝505-470nm；紫470-380nm；近紫外光谱200-400nm。可见光光谱范围:390-780nm。 20. 描述欧姆接触与肖特基接触。

答：欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区而不在接触面。

肖特基接触是指金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。势垒的存在才导致了大的界面电阻。

21. A)(I,II,III价)氧化铜的结构是怎样的？为什么会具有超导性能？

B）Perovskite是什么材料，具有怎样的结构？为什么这种材料用作光电转换时具有很高的效率？

答：A）CuO 氧化铜（CuO）是一种铜的黑色略显两性，氧化物，稍有吸湿性。相对分子质量为79.545，密度为6.3-6.9 g/cm，熔点1326℃。不溶于水和乙醇，溶于酸、氯化铵及氰化钾溶液，氨溶液中缓慢溶解。外观与性状： 黑褐色粉末。Cu2O 氧化亚铜为一价铜的氧化物，鲜红色粉末状固体，几乎不溶于水，在酸性溶液中岐化为二价铜。性状：深红色或深棕色结晶性粉末。在潮湿空气中易氧化，溶于酸和浓氨水，不溶于水。密度6.0g/cm3， 氧化亚铜微晶熔点1500K，沸点1800℃。氧化亚铜为一价铜的氧化物，红色或暗红色八面立方晶系结晶性粉末。

因为这类材料的一个普遍特性是在超导转变温度TC以上很宽的温度范围内有赝能隙及费米弧的存在，而对这些现象的正确理解是寻找超导配对机理的重要方面。

B）一种新型的功能材料，钙钛矿一般为立方体或八面体形状；

因为钙钛矿不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小。

22. 可再生、可持续能源所面临的4大挑战是什么？

答：全球人口数量的增加和经济增长将产生巨大的能源需求，在能源供给压力陡增的同时，势必会增加二氧化碳排放量。工业革命初期全球总人口为7亿，目前为70亿，预计到2050年和2100年将分别增加到90亿和100亿；2、为缓解全球气候变暖趋势的进一步恶化，各国必须在既定时间框架内实现二氧化碳减排目标。3、能源必须稳定可靠的供应。4、面对环境压力要采取可靠的措施。

23. A)碳纳米管如何制备？

B)为什么碳纳米管的导电性能好？ C)为什么碳纳米管的导热性能好？ D)为什么碳纳米管的机械性能好？ 答：A) (1)电弧法

石墨电弧法的原理为石墨电极在电弧产生的高温下蒸发，在阴极沉积出碳纳米管，是最早用于制备碳纳米管的工艺方法。该方法通常是在真空反应器中充以一定压力的惰性气体保护，采用较粗大的石墨棒为阴极，细石墨棒为阳极，加热至高温3000℃以上通过石墨电极直流放电而进行的。在电弧放电的过程中阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管。 (2)激光烧蚀法

激光烧蚀法是以激发冲击石墨——金属靶制备碳纳米管。激光蒸发法将一根金属催化剂、石墨混合的石墨靶放置于一长形石英管中间，该管则置于一加热炉内。当炉温升至1473K时，将惰性气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光照射下将生成气态碳，气态碳和催化剂离子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的作用下生长成单壁碳纳米管。得到的碳纳米管的形态与电弧法得到的相似，但碳纳米管质量更高，并无无定形碳出现。一般认为较高的气温条件下，当金属催化剂与碳原子一起被激光蒸发时形成均匀的液滴。当这些液滴离开靶时而形成团簇，此时碳在团簇中呈现过饱和状态．若团簇的尺寸l～2nm时，催化剂的作用是碳从团簇中离析出来而形成碳纳米管。此方法主要的影响因素有激光的强度，环境的温度等。与电弧法相比，激光蒸发法控制碳纳米管的生长环境能力强，允许连续操作。清华大学已成功利用激光合金化及

淬火工艺合成了碳纳米管。日本电气公司也利用此法获得了高纯度的质量好的碳纳米管，但没能大批量生产。1996年，Thess等对实验条件进行改进，在1473K下，采用50ns的双脉冲激光照射含Ni／Co催化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米管管束，该方法首次得到相对较大数量的单壁碳纳米管。 (3)含碳化合物的固相热解法

固相热解法是在600～1000℃的温度及催化剂的作用下，使含碳气体原料(如一氧化碳，甲烷，乙烯，丙稀和苯等1分解来制备碳纳米管的一种方法。此方法在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子，碳原子在过渡金属——催化剂作用下，附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。 (4)模板法

模板法是合成碳纳米管等一维纳米材料的一项有效技术，它具有良好的可控制性，利用它的空间限制作用和模板剂的调试作用对合成碳纳米管的大小、形貌、结构、排布等进行控制。模板法通常是用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板，结合电化学，沉淀法，溶胶．凝胶法和气相沉淀法等技术使物质原子或离子沉淀在模板的孔壁上形成所需的纳米结构体。模板合成法制备纳米结构材料具有下列特点：①所用膜容易制备，合成方法简单；②能合成直径很小的管状材料；③由于膜孔孔径大小一致，制备的材料同样具有孔径相同，单分散的结构；④在膜孔中形成的纳米管和纳米纤维容易从模板分离出来。

(5)凝聚相电解生成法

此法是最近出现的一种电化学合成碳纳米管的方法。该方法采用石墨电极(电解槽为阳极)，在约600℃的温度及空气或氩气等保护性气氛中，以一定的电压和电流电解熔融的卤化碱盐(如LiCl)，电解生成了形式多样的碳纳米材料，包括包裹或未包裹的碳

纳米管和碳纳米颗粒等，通过改变电解的工艺条件可以控制生成碳纳米材料的形式。 (6)等离子喷射沉积法

这种方法是将离子喷枪的钨电极(阴极)和铜电极(阳极)进行水冷却，当Ar/He载气挟带苯蒸气通过等离子体炬之后，会在阳极的表面上沉积出含有碳纳米管的炭灰，NaokiHatte等用此方法获得了长达0．2mm的碳纳米管。准自由条件下生长碳纳米管的方法比较复杂，将高取向的晶化石墨置于一个超高真空的蒸发容器之中(1.33×10-6Pa)作为蒸发源，用另一块无缺陷的石墨作为衬底，用电子束轰击蒸发源，则在石墨衬底上沉积出少量纯度较高的碳纳米管。

B) 由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，都是一个C原子和3个C原子形成共价键，还有一个游离的电子，所以具有很好的电学性能。 C)同上，自由电子可以传递热能。导热原理详见题5、6。

D) 因为CNT在收到压力时会产生波峰状的扭曲，压力卸载后，又会恢复原状。

24. 为什么石墨烯的层间距以及多层碳纳米管的层间距都是0.34nm？ 答：

因为不管是石墨烯还是碳纳米管，它们之间的层间距差不多就是一个碳原子的距离，而碳原子的晶格间距大约为0.34nm左右，因此石墨烯和多层碳纳米管的层间距都是0.34nm。

25.MoS2是什么材料？它有什么应用？

MoS2即二硫化钼，天然的二硫化钼即辉钼矿，为六方晶体，具有与石墨相似的层状结构，有很低的摩擦系数和极佳的润滑性能，被誉为“高级固体润滑油王”，具有分散性好，不粘结的优点，可添加在各种油脂里，形成绝不粘结的胶体状态，能增加油脂的

润滑性和极压性。也适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态，延长设备寿命。

二硫化钼用于摩擦材料主要功能是低温时减摩（分散性好，不黏腻），高温时增摩（存在二硫化钼、三硫化钼和三氧化钼的共聚物，当摩擦材料因为摩擦而温度升高时，共聚物中的三硫化钼颗粒随着升温而膨胀，起到增大摩擦的作用）。 26.A)什么是Carbon tetrahedra？它的结构有什么特点？

Carbon tetrahedra指的是碳四面体结构，中心有一个碳原子与四周四个碳原子形成共价键，构成对称的空间正四面体结构，中心碳原子的两个共价键之间的键角等于109゜28'。类似的结构还有甲烷。

B)金刚石的硬度为什么很高？

“金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。”在金刚石晶体结构内部，每

个碳原子周围都与四个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构，这种致密的三维结构使得金刚石具有较大的密度，也使它具有最大的硬度。

C)为什么金刚石导热性能很好，导电性能很差？

导热性能好的原因：导热靠的是晶格振动。金刚石具有完美的空间对称结构，晶格空间排列整齐有序，所以晶格振动可以很好的传递，从而实现热传导。

导电性能差的原因：在金刚石晶体中，每个碳原子都形成了四个共价键，并且空间结构稳定，所以不存在自由移动的电子，因而金刚石不导电。

27. 为什么石墨是黑色的，而金刚石则会闪耀光芒？

一种物质所呈现的颜色是与这种物质对可见光的吸收情况有关。一种物质如果将所有 波长的可见光全部吸收则呈黑色；而对于可见光所有波长光的吸收程度相差不多则呈现灰 色。如果只吸收可见光中某波长的成分，将呈现其它未吸收光的复合色。这里

我将讨论一下 由于金刚石和石墨的价电子状态不同所引起它们之间所存在的颜色差异。

在金刚石晶体中，每个C原子都是以“C-C”单键而相互连结，在它与可见光能谱相近的能谱中，有振动能谱，电子跃迁能谱，转动是很难发生的。“C-C”键的振动频率在1300cm-1以下，属红外区。而“C- C”键的价电子跃迁能谱却又发生在紫外区内。由此看来金刚石不可能在可见光范围内产生吸收现象。因此它是透明的。

再看石墨，其“C-C”键的振动能谱和价电子的跃迁能谱也是分布在红外区和紫外区。 也都不能吸收可见光。所不同的是，它还有π电子。那么由于π电子的存在将出现什么现象呢？根据量子力学处理一维势箱中的粒子解薛定谔方程所得的结果，这里将它应用于处理石墨晶体内大π键中的电子。假定一个电子在键平面沿一直线而运动，计算结果表明，线度在4?~6?，就能对可见见光的光谱全部吸收。由于石墨分子是按正六角形排布成无限伸展的平面型大分子，分子平面的线度一定远大于计算数值。因此使π电子从基态向更高的能级跃迁，而且由于跃迁到的能级不同，对可见光中的不同波长的光可产生吸收，而使石墨呈黑色。

这就说明石墨和金刚石在颜色上的差异主要是由于石墨存在离域的多电子大π键，电 子的离域使电子的能量降低。能级间的能量差减少以至对光的吸收情况不同。 28.A)为什么人们在封装中用铜（Cu）代替了铝（Al）？用低k值材料代替了SiO2？ ①因为铜的导电性好，可以减小线上延迟，提高速度。 ②提高场区的阈值电压，使之不容易反型。

B)试预测：铜与低k值材料分别将会被什么材料所取代？

石墨烯由于其质量轻，导电性能好，很可能会取代铜作为导线材料。 低k材料有SiN、SiON。 C）k值最低会是多少？为什么？

因为K=ε0εr，所以最小会是真空介电常数ε0

29.做能量存储时，电池和超级电容的原理分别是什么？它们各有什么优势与劣势？ 电池是将电能转化为化学能储存起来。 超级电容是将电能转化为电荷储存起来。 电池 优势 放电平稳 劣势 充放电时间慢 锂电池一般能够充放300－500次 超级电充放电时间快 容 深度充放电循环使用次数可达1~50万次

30.画出5个generation的Dendrimers.

放电不平稳

31.A)什么是cyclolinear polymer？

B)什么是cyclo-matrix polymer?

32. PPT36页中，哪一种会形成telechelic polymer？ Stepgrow chaingrow

33. A)碳原子电子分布是什么样的？ B)为什么碳原子会形成正四面体的结构？

C)碳原子形成的正四面体结构时，碳原子的每个键之间的夹角是多少？ 答：A）1s2 2s2 2p2

B）2s2和2p2电子发生轨道杂化，形成四个完全等同的杂化轨道，而原先的四个电子分别各自填充进一个轨道中，最终四个轨道按照空间能量最小原理排列形成正四面体结构。

温度-变形曲线。类似于膨胀计法，找出曲线上的折点所对应的温度即为Tg。

45.在PPT59页上上方的图中，炉子内部加热时会分三个温度区域，哪边的温度高哪边的温度低?

答：当炉子的长度不是忽略不计时，则图中，充入的气体在炉子的左边浓度较高，右边较低。为了使沉积过程的化学反应进行的更为平均，则应当让炉子左边的温度较低，右边的温度较高，以平衡气体浓度的不均匀。

46.TCE(Therm Coeff. Exp.)的定义是什么？为什么需要TCE较低？

答：ThermalExpansionCoefficient，热膨胀系数，表征材料的尺寸随温度的变化情况，是在特定压强下温度改变一摄氏度时材料尺寸变化的比例。

TCE需要尽可能的低是因为，封装中材料的膨胀与压缩，会对材料表面的结构（如基板上的电路，或是两层粘连在一起的不同材料）产生横向的应力，对其造成损害。

47.A)PPT73页的图中，damping property是在Tg之前出现好还是在Tg之后出现好？为什么？

B)什么导致rigidity在温度降低（或升高）时发生变化？结构上有什么改变？ 答：A)damping在Tg之前出现较好，因为如果在Tg之后出现，材料的硬度已经变得十分低，这时阻尼带来的好处将不再存在。

C) 材料的刚度主要由分子/原子间的范德华力以及分子/原子间的链的作用决定。当温度

升高时，范德华力对原子/分子的束缚作用会变小，以及当温度升高时，分子/原子间的链会遭到破坏。

48. PPT91页中，同一种resin（树脂），通过不同的处理机制（Curing Agent），为什么会得到不同性能的产品？举两种说明。

答：环氧树脂中的碳氧环可以开环发生cross-linking反应，将一些成分添加到分子链上，从而获得那些成分上的基团的一些特性。这一cross-linking反应通常称为curing。 如通过与防水性好的polyamide反应，得到具有较好的防水性能的产物。与Ketamines反应，得到化学性能稳定的苯环和碳环，从而具有良好的化学稳定性。

49. PPT92页中，为什么环氧树脂的R基团中，用第一种（将H用Br取代）的基团后，材料不易燃？

答：因为溴是阻燃剂，溴代二酚基丙烷环氧树脂(Tetrabromo-BPV)其含溴量达到16%以上时，已具备良好的自熄性能，所以不易燃。

50. PPT92页中，为什么环氧树脂的R基团中，用第二种（含有C34）的基团后，材料变得更加柔软？

答：由于二聚酸相比于环氧树脂含有两个羧基和一个以上较大的非极性烃基,它拥有高度的分支结构和36个碳原子构成的长碳链，这种分支结构和碳原子长链结构使得其拥有了非结晶性、高度的柔软性和超强的憎水性。

51. PPT92页中，为什么环氧树脂的R基团中，采用第三种基团后，材料变得对水敏感？ 答：因为（1）（2）的官能团都是非极性的，而（3）的CH2具有极性，C的正电荷比H的正电荷多，是C略带负电，H略带正电。H+易于与水的OH-结合，所以变得亲水

了。

52. PPT93页中，加入更多的苯环结构为什么会使材料的Tg变高？

答：有几个因素对结构可能影响TG明显升高，如弹性，几何结构和聚合物链的相互作用。Tg是玻璃化转变温度Tg，位于冷却曲线之间的交点（体积与温度）的玻璃态和过冷液体。这是一个表征的聚合物的最重要指标。从分子运动角度来看，它是主链的冻结温度。因此，任何诱导聚合物活性下降的因素会使TG降低，反之亦然。与单一的债券包括C-C，C-N，Si-O非晶聚合物主链结构，C-O对具有较低的Tg，因为分子链上单键的旋转。但如果聚合物主链具有苯环的数量，单键可使链条转动减少导致下降的灵活性和TG越来越。所以更多的苯环使TG高。

53. 聚酰亚胺（Polyimide）耐高温的原因是什么？

答：聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达 400℃以上 ，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点， 是指主链上含有酰亚胺环（-CO-N-CO-）的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域，其耐高温性主要源自特殊的分子结构。

54. Polyimide（聚酰亚胺）和Epoxy（环氧树脂）哪一个可以与substrate粘连的更好？为什么？

答：环氧树脂更好。

环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。

环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，而这也有助于提高粘附强度。

55. 为什么Polyimide（聚酰亚胺）吸水？吸水以后，它的电气性能会有什么影响？为什么？

答：聚酰亚胺上的羰基（C=O)上的氧有两对孤对电子，具有较强的极性，可以与水分子中的氢原子产生静电引力，形成氢键。同时其原体聚酰胺酸中没有亚胺化的羧基（-COOH）也具有吸水性。所以聚酰亚胺具有吸水性。

聚酰亚胺本身的介电常数很小（3.6），而水的介电常数很大（78-80），当聚酰亚胺吸收水分子后，引入了强极性分子，在有外加电场作用的情况下，容易发生极化，表现为介电常数的增大。

56. 为什么Polyimide可以用作光波导？

答：光波导是指由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。

由于有机聚合物材料具有介电常数小、电光和热光系数大、损耗小、易于加工及可垂直集成等优点，其中聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上 ，长期使用温度范围-200～300℃，无明显熔点，高绝缘性能，103 赫下介电常数4.0，介电损耗仅0.004～0.007，属F至H级绝缘材料，因此适合作为光波导材料。

57. 为什么silicone-polyimide 的K值（3.0）介于silicone（2.7）和Polyimide（3.5）之间？

答：因为聚酰亚胺结构中的碳氧双键(C=O)具有较强极性，而硅酮中的甲基(-CH3)并无明显极性，而官能团极性影响材料的极化响应能力，因此聚酰亚胺介电常数较高，而硅酮介电常数较低。当两者形成嵌段共聚物时，对等体积材料而言碳氧双键的含量相对降低，因而对于极化响应能力的影响也相应减弱，因此共聚物的介电常数比聚酰亚胺低；而由于引入了比甲基极性更强的碳氧双键，因此介电常数比硅酮高。于是，共聚物介电常数介于2.7与3.6之间，约为3.0.

58. PPT105页中，N型、C型、D型、F型，随着结构的不同，其耗散因数（dissipation factor）具有如表中所示的差别，其原因是什么？

答：耗散因数（dissipation factor）：电介质在交变电场作用下，所积累的电荷有两种分量：(1)有功功率。一种为所消耗发热的功率，又称同相分量；(2)无功功率，又称异相分量。异相分量与同相分量的比值即称为介质损耗。通常用正切tanδ表示，δ是介电损耗角。它表征每个周期内介质损耗的能量与其贮存能量之比。高分子材料多系绝缘性好的材料，广泛的用于电子及电工行业。使用时不希望绝缘材料本身能量损耗大，因而测量出介质损耗因数就能评价材料的介质本身能量损耗。

高分子材料的介电常数由主链结构中的键的性能和排列所决定。分子结构极性越强，介电常数和介电损耗越大。非极性材料的极化程度小，介电常数和介电损耗都较小。极性取代基团影响更大，基数目越多，介电常数和tanδ越大。N Type由于单体具有对称结构极性很弱，耗散因数小，C Type由于Cl取代了氢原子，氯原子对电子有较强的吸附作用，使得极性变大，耗散因数也变大，而D Type为聚二氯对二甲苯两个氯原子在苯环上对称，对电子的吸附有所抵消，所以耗散因数比C略小，F Type中F取代了H具有更低的介电常数(即透波性能好)，其耗散因数最小。

59. PPT109页中的polynorbornenes具有低的吸水性（Low moisture absorption）？ 答：吸水机理：化学结构和聚集态中极性基团的分布状态，它具有低交联吸水性的三维空间网络结构。吸水机理可用Flory-Huggins热力学理论来解释。 Polynorbornenes吸水性低的原因是

（1） 吸水的媒介是强氢键，而polynorbornenes中的氢键较弱；

（2） Polynorbornenes的交联度过大，交联点间链段变短，微孔变小，吸水和储水

能力降低。

60. ①为什么Polyarylether的硬度低？（PPT110页）

②为什么硬度低的材料不适合用于CMP（Chemical-mechanical planarization）？ 答：①含有醚键，具有柔性，且醚分子间不能形成氢键，所以硬度低。

②化学机械平坦化 （英语：Chemical-Mechanical Planarization, CMP），又称化学机械研磨（Chemical-Mechanical Polishing），是半导体器件制造工艺中的一种技术，使用化学腐蚀及机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理。有的地方高，有的地方低，高的地方压强(pressure)大，研磨速度大。芯片在研磨后，会有大量的研磨颗粒和其它一些残留物留在芯片上。硬度低，会使某些地方产生形变，某些地方产生划痕。

61. 怎么制备纳米级别的小孔的多空（porous）材料？（PPT116页）

答：1.模板法，采用所谓的模板生长机制，使表面活性剂形成胶束作为模板，再进行干燥和烧熔而形成介孔固体。2.溶胶-凝胶法，以不同的模板剂所形成的超分子自聚体为模板，通过溶胶-凝胶过程，在无机物与有机物之间的界面定向引导作用下自组装成介孔

材料。3.水热合恒成法，高温高压下在水（水溶液）或溶剂、蒸汽等流体中进行合成反应，常与其他技术相结合。4.沉淀法，基本原理是向盐溶液中加入适当沉淀剂，得到前驱体溶液后再将其干燥灼烧获得介孔材料。5.微乳液法，利用微乳液中具有规整均一外形的乳液颗粒为模板，再在微粒上组装，进一步定型后将模板脱除得到规整的介孔材料。

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