電子封裝技術叢書--先進倒裝芯片封裝技術 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

適讀人群 ：本書適閤從事倒裝芯片封裝技術以及其他先進電子封裝技術研究的工程師、科研人員和技術管理人員閱讀，也可以作為電子封裝相關專業高年級本科生、研究生和培訓人員的教材和參考書。
倒裝芯片（flip chip）封裝技術自從問世以後一直在集成電路封裝領域占據著重要的地位。尤其是近年來隨著先進封裝技術嚮著微型化、薄型化趨勢的發展，該技術已經成為集成電路封裝的主要形式。有關倒裝芯片技術的書籍近年來也是層齣不窮，但涉及麵往往局限於單一的設計、製造技術。尚沒有一本係統介紹倒裝芯片技術研究發展現狀、未來發展趨勢以及倒裝芯片設計、製造以及相關材料的書籍。而上述內容對於從事集成電路封裝技術研究的學者、工程師、教師以及學生均具有重要的參考價值，本書則滿足瞭相關從業工作者的需求。
本書深入淺齣地介紹瞭倒裝芯片技術的市場（第1章）、技術發展趨勢（第2章）、設計與製造技術（第3、4、8、9章）、可靠性（第10、11章）以及封裝材料（第5、6章）等。
從事該書章節撰寫的人員或是來自國外倒裝芯片知名公司（如Amkor技術公司、IBM公司、漢高公司等）、或是從事倒裝芯片研究的知名學者。
本書由美國工程院、中國工程院雙院士CPWong（汪正平）教授主編，集新穎性、實用性以及全麵性為一身，對從事倒裝芯片研究的各類人員均具有重要的參考價值，對於推動倒裝芯片技術的普及與發展也具有重要的推動作用。

內容簡介

本書由倒裝芯片封裝技術領域世界級專傢撰寫而成，係統總結瞭過去十幾年倒裝芯片封裝技術的發展脈絡和新成果，並對未來的發展趨勢做齣瞭展望。內容涵蓋倒裝芯片的市場與技術趨勢、凸點技術、互連技術、下填料工藝與可靠性、導電膠應用、基闆技術、芯片�蔔庾耙惶寤�電路設計、倒裝芯片封裝的熱管理和熱機械可靠性問題、倒裝芯片焊锡接點的界麵反應和電遷移問題等。
本書適閤從事倒裝芯片封裝技術以及其他先進電子封裝技術研究的工程師、科研人員和技術管理人員閱讀，也可以作為電子封裝相關專業高年級本科生、研究生和培訓人員的教材和參考書。

作者簡介

汪正平（CP Wong）教授，美國工程院院士、中國工程院外籍院士，被譽為“現代半導體封裝之父”。現任中科院深圳先進技術研究院電子封裝材料方嚮首席科學傢、香港中文大學工學院院長、美國佐治亞理工學院封裝中心副主任、校董事教授，是佐治亞理工學院的兩個chair?professor之一。國際電子電氣工程師協會會士（IEEE?Fellow）、美國貝爾實驗室高級會士(Fellow)。他擁有50多項美國專利，發錶瞭1000多篇文章，獨自或和他人一起齣版瞭10多本專著。他曾多次獲國際電子電氣工程師協會、製造工程學會、貝爾實驗室、美國佐治亞理工學院等頒發的特殊貢獻奬。
汪正平院士長期從事電子封裝研究，因幾十年來在該領域的開創性貢獻，被IEEE授予電子封裝領域高級榮譽奬——IEEE元件、封裝和製造技術奬，獲得業界普遍認可。
　　汪正平院士是塑封技術的開拓者之一。他創新地采用矽樹脂對柵控二極管交換機（GDX）進行封裝研究，實現利用聚閤物材料對GDX結構的密封等效封裝，顯著提高封裝可靠性，此塑封技術剋服瞭傳統陶瓷封裝重量大、工藝復雜、成本高等問題，被Intel、IBM等全麵推廣，目前塑封技術占世界集成電路封裝市場的95%以上。他還解決瞭長期睏擾封裝界的導電膠與器件界麵接觸電阻不穩定問題，該創新技術在Henkel（漢高）等公司的導電膠産品中使用至今。汪院士在業界首次研發瞭無溶劑、高Tg的非流動性底部填充膠，簡化倒裝芯片封裝工藝，提高器件的優良率和可靠性，被Hitachi（日立）等公司長期使用。

內頁插圖

目錄

第1章市場趨勢：過去、現在和將來1
1.1倒裝芯片技術及其早期發展2
1.2晶圓凸點技術概述2
1.3蒸鍍3
1.3.1模闆印刷3
1.3.2電鍍4
1.3.3焊壩4
1.3.4預定義結構外電鍍6
1.4晶圓凸點技術總結6
1.5倒裝芯片産業與配套基礎架構的發展7
1.6倒裝芯片市場趨勢9
1.7倒裝芯片的市場驅動力11
1.8從IDM到SAT的轉移13
1.9環保法規對下填料、焊料、結構設計等的衝擊16
1.10貼裝成本及其對倒裝芯片技術的影響16
參考文獻16
第2章技術趨勢：過去、現在和將來17
2.1倒裝芯片技術的演變18
2.2一級封裝技術的演變20
2.2.1熱管理需求20
2.2.2增大的芯片尺寸20
2.2.3對有害物質的限製21
2.2.4RoHS指令與遵從成本23
2.2.5Sn的選擇23
2.2.6焊料空洞24
2.2.7軟錯誤與阿爾法輻射25
2.3一級封裝麵臨的挑戰26
2.3.1弱BEOL結構26
2.3.2C4凸點電遷移27
2.3.3Cu柱技術28
2.4IC技術路綫圖28
2.53D倒裝芯片係統級封裝與IC封裝係統協同設計31
2.6PoP與堆疊封裝32
2.6.1嵌入式芯片封裝34
2.6.2摺疊式堆疊封裝34
2.7新齣現的倒裝芯片技術35
2.8總結37
參考文獻37
第3章凸點製作技術40
3.1引言41
3.2材料與工藝41
3.3凸點技術的最新進展57
3.3.1低成本焊锡凸點工藝57
3.3.2納米多孔互連59
3.3.3傾斜微凸點59
3.3.4細節距壓印凸點60
3.3.5液滴微夾鉗焊锡凸點60
3.3.6碳納米管（CNT）凸點62
參考文獻63
第4章倒裝芯片互連：過去、現在和將來66
4.1倒裝芯片互連技術的演變67
4.1.1高含鉛量焊锡接點68
4.1.2芯片上高含鉛量焊料與層壓基闆上共晶焊料的接閤68
4.1.3無鉛焊锡接點69
4.1.4銅柱接閤70
4.2組裝技術的演變71
4.2.1晶圓減薄與晶圓切割71
4.2.2晶圓凸點製作72
4.2.3助焊劑及其清洗74
4.2.4迴流焊與熱壓鍵閤75
4.2.5底部填充與模塑76
4.2.6質量保證措施78
4.3C4NP技術79
4.3.1C4NP晶圓凸點製作工藝79
4.3.2模具製作與焊料轉移81
4.3.3改進晶圓凸點製作良率81
4.3.4C4NP的優點：對多種焊料閤金的適應性83
4.4Cu柱凸點製作83
4.5基闆凸點製作技術86
4.6倒裝芯片中的無鉛焊料90
4.6.1無鉛焊料的性能91
4.6.2固化、微結構與過冷現象93
4.7倒裝芯片中無鉛焊料的界麵反應93
4.7.1凸點下金屬化層93
4.7.2基闆金屬化層95
4.7.3無鉛焊锡接點的界麵反應96
4.8倒裝芯片互連結構的可靠性98
4.8.1熱疲勞可靠性98
4.8.2跌落衝擊可靠性99
4.8.3芯片封裝相互作用：組裝中層間電介質開裂101
4.8.4電遷移可靠性104
4.8.5锡疫109
4.9倒裝芯片技術的發展趨勢109
4.9.1傳統微焊锡接點110
4.9.2金屬到金屬的固態擴散鍵閤113
4.10結束語114
參考文獻115
第5章倒裝芯片下填料：材料、工藝與可靠性123
5.1引言124
5.2傳統下填料與工藝125
5.3下填料的材料錶徵127
5.3.1差示掃描量熱法測量固化特性127
5.3.2差示掃描量熱法測量玻璃轉化溫度129
5.3.3采用熱機械分析儀測量熱膨脹係數130
5.3.4采用動態機械分析儀測量動態模量131
5.3.5采用熱重力分析儀測量熱穩定性133
5.3.6彎麯實驗133
5.3.7黏度測量133
5.3.8下填料與芯片鈍化層粘接強度測量134
5.3.9吸濕率測量134
5.4下填料對倒裝芯片封裝可靠性的影響134
5.4.1鈍化層的影響136
5.4.2黏附性退化與85/85時效時間137
5.4.3采用偶聯劑改善粘接的水解穩定性140
5.5底部填充工藝麵臨的挑戰141
5.6非流動型下填料143
5.7模塑底部填充148
5.8晶圓級底部填充149
5.9總結153
參考文獻154
第6章導電膠在倒裝芯片中的應用159
6.1引言160
6.2各嚮異性導電膠/導電膜160
6.2.1概述160
6.2.2分類160
6.2.3膠基體161
6.2.4導電填充顆粒161
6.2.5ACA/ACF在倒裝芯片中的應用162
6.2.6ACA/ACF互連的失效機理167
6.2.7納米ACA/ACF最新進展168
6.3各嚮同性導電膠173
6.3.1引言173
6.3.2ICA在倒裝芯片中的應用178
6.3.3ICA在先進封裝中的應用184
6.3.4ICA互連點的高頻性能187
6.3.5ICA互連點的可靠性189
6.3.6納米ICA的最新進展191
6.4用於倒裝芯片的非導電膠194
6.4.1低熱膨脹係數NCA194
6.4.2NCA在細節距柔性基闆芯片封裝中的應用196
6.4.3快速固化NCA196
6.4.4柔性電路闆中NCA與ACA對比197
參考文獻197
第7章基闆技術205
7.1引言206
7.2基闆結構分類207
7.2.1順序增層結構207
7.2.2Z嚮堆疊結構208
7.3順序增層基闆208
7.3.1工藝流程208
7.3.2導綫210
7.3.3微通孔217
7.3.4焊盤225
7.3.5芯片封裝相互作用231
7.3.6可靠性239
7.3.7曆史裏程碑245
7.4Z嚮堆疊基闆248
7.4.1采用圖形轉移工藝的Z嚮堆疊基闆248
7.4.2任意層導通孔基闆249
7.4.3埋嵌元件基闆250
7.4.4PTFE材料基闆253
7.5挑戰254
7.5.1無芯基闆254
7.5.2溝槽基闆255
7.5.3超低熱膨脹係數基闆257
7.5.4堆疊芯片基闆258
7.5.5光波導基闆260
7.6陶瓷基闆261
7.7路綫圖262
7.7.1日本電子與信息技術工業協會路綫圖262
7.7.2國際半導體技術路綫圖263
7.8總結264
參考文獻264
第8章IC封裝係統集成設計266
8.1集成的芯片封裝係統268
8.1.1引言268
8.1.2設計探索269
8.1.3模擬與分析決策273
8.1.4ICPS設計問題274
8.2去耦電容插入276
8.2.1引言276
8.2.2電學模型278
8.2.3阻抗矩陣及其增量計算280
8.2.4噪聲矩陣282
8.2.5基於模擬退火算法的去耦電容插入282
8.2.6基於靈敏度分析算法的去耦電容插入286
8.3TSV 3D堆疊296
8.3.13D IC堆疊技術296
8.3.2挑戰298
8.3.3解決方法302
8.4總結316
參考文獻316
第9章倒裝芯片封裝的熱管理323
9.1引言324
9.2理論基礎325
9.2.1傳熱理論325
9.2.2電熱類比模型327
9.3熱管理目標328
9.4芯片與封裝水平的熱管理330
9.4.1熱管理示例330
9.4.2芯片中的熱點331
9.4.3熱管理方法336
9.5係統級熱管理338
9.5.1熱管理示例338
9.5.2熱管理方法340
9.5.3新型散熱技術348
9.6熱測量與仿真357
9.6.1封裝溫度測量358
9.6.2溫度測量設備與方法358
9.6.3溫度測量標準359
9.6.4簡化熱模型359
9.6.5有限元/計算流體力學仿真360
參考文獻362
第10章倒裝芯片封裝的熱機械可靠性367
10.1引言368
10.2倒裝芯片組件的熱變形369
10.2.1連續層閤闆模型370
10.2.2自由熱變形371
10.2.3基於雙層材料平闆模型的芯片應力評估372
10.2.4芯片封裝相互作用最小化374
10.2.5總結377
10.3倒裝芯片組裝中焊锡凸點的可靠性377
10.3.1焊锡凸點的熱應變測量377
10.3.2焊锡材料的本構方程378
10.3.3焊锡接點的可靠性仿真384
10.3.4下填料粘接強度對焊锡凸點可靠性的影響387
10.3.5總結389
參考文獻389
第11章倒裝芯片焊锡接點的界麵反應與電遷移391
11.1 引言392
11.2無鉛焊料與基闆的界麵反應393
11.2.1迴流過程中的溶解與界麵反應動力學393
11.2.2無鉛焊料與Cu基焊盤的界麵反應397
11.2.3無鉛焊料與鎳基焊盤的界麵反應398
11.2.4貫穿焊锡接點的Cu和Ni交叉相互作用403
11.2.5與其他活潑元素的閤金化效應405
11.2.6小焊料體積的影響409
11.3倒裝芯片焊锡接點的電遷移412
11.3.1電遷移基礎413
11.3.2電流對焊料的作用及其引發的失效機理415
11.3.3電流對凸點下金屬化層（UBM）的作用及其引發的失效機理421
11.3.4倒裝芯片焊锡接點的平均無故障時間426
11.3.5減緩電遷移的策略429
11.4新問題431
參考文獻431
附錄439
附錄A量度單位換算錶440
附錄B縮略語錶443

前言/序言

原著前言
據我們所知，倒裝芯片封裝技術類的圖書大部分都是在10年前編輯和齣版的，比較經典的包括劉漢誠（John H. Lau）博士主編的《低成本倒裝芯片技術》(Mc Graw Hill齣版，2006年4月化學工業齣版社翻譯齣版 )。那時，倒裝芯片技術是“奢侈品”，隻用於如大型機和工作站之類的高端、高性能産品。但是，在過去的10年裏，技術的進步使得低成本、高可靠性倒裝芯片封裝在4C（計算機、通信、消費類和汽車電子）産品以及其他電子産品中的應用激增。隨著我們進入電子消費時代，對倒裝芯片的需求將進一步增長，以滿足消費者對性能、尺寸、成本和環境兼容性等永不滿足的需求。
過去10年裏發生的重要變化使得今天的倒裝芯片封裝與以往大不相同。隨著摩爾定律芯片的介電層從非低k演進到低k，由於低k介電層機械強度較弱，芯片-封裝相互作用必須在産品化以前加以解決。而且，隨著半導體産業的技術節點從45nm轉嚮32nm及以下，芯片-封裝相互作用問題更加突齣。除此以外，歐共體頒布的、2006年開始實行的RoHS強製性標準促使全球半導體業（包括倒裝芯片製造商和提供商）從含鉛封裝轉嚮鉛、鹵素封裝。過去的10年裏，像倒裝芯片這樣的先進封裝可以取得高溢價，而在如今的消費時代，為取得價格優勢，倒裝芯片正在被其他低成本的封裝取代。這種大趨勢促使製造商開發低成本的倒裝芯片結構、工藝、材料和設備。而且，隨著係統級功能集成進程加速，整個半導體工業也轉嚮在芯片、封裝、模組、闆級/係統級中采用更細的節距；在特定應用中，甚至采用具有更細節距的較大尺寸倒裝芯片。為支撐倒裝芯片的增長，伴生的基闆、下填料、互連、設計、仿真和可靠性設計等技術都在持續演進。由於上述原因，具有最高密度的倒裝芯片封裝技術也在不斷再創新，以應對日益增長的對性能、成本、尺寸、環保等的要求。展望未來，隨著係統級功能集成加速，倒裝芯片封裝技術的發展也將加速，特彆是對於手機、便攜式電腦等移動電子産品。
我們堅信，撰寫一本能反映過去10年倒裝芯片封裝技術進展的新書是適時的，而且能夠為相關領域的研究人員提供有價值的信息。《先進倒裝芯片封裝技術》就是這樣的一本書，它論述瞭與倒裝球柵陣列和倒裝晶圓級封裝相關技術的過去、現在和將來的演變趨勢。

Ho-Ming Tong（唐和明），日月光集團公司
Yi-Shao Lai（賴逸少），日月光集團公司
C. P. Wong（汪正平），香港中文大學

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