先進倒裝晶片封裝技術

《先進倒裝晶片封裝技術》是2017年化學工業出版社出版的圖書，作者：唐和明(Ho-Ming Tong)、賴逸少(Yi-Shao Lai)、[美]汪正平(C.P.Wong) 。

基本信息

作者：唐和明(Ho-Ming Tong)、賴逸少(Yi-Shao Lai)、[美]汪正平(C.P.Wong) 主編

叢書名：電子封裝技術叢書

出版日期：2017年2月

書號：978-7-122-27683-4

開本：B5 710×1000　1/16

裝幀：平

版次：1版1次

頁數：447頁

內容簡介

本書由倒裝晶片封裝技術領域世界級專家撰寫而成，系統總結了過去十幾年倒裝晶片封裝技術的發展脈絡和最新成果，並對未來的發展趨勢做出了展望。內容涵蓋倒裝晶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、導電膠套用、基板技術、晶片封裝一體化電路設計、倒裝晶片封裝的熱管理和熱機械可靠性問題、倒裝晶片焊錫接點的界面反應和電遷移問題等。

目錄

第1章市場趨勢：過去、現在和將來1

1.1倒裝晶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模板印刷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倒裝晶片產業與配套基礎架構的發展7

1.6倒裝晶片市場趨勢9

1.7倒裝晶片的市場驅動力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晶片技術的影響16

參考文獻16

第2章技術趨勢：過去、現在和將來17

2.1倒裝晶片技術的演變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增大的晶片尺寸20

2.2.3對有害物質的限制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

2.3一級封裝面臨的挑戰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技術路線圖28

2.53D倒裝晶片系統級封裝與IC封裝系統協同設計31

2.6PoP與堆疊封裝32

2.6.1嵌入式晶片封裝34

2.6.2摺疊式堆疊封裝34

2.7新出現的倒裝晶片技術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低成本焊錫凸點工藝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液滴微夾鉗焊錫凸點60

3.3.6碳納米管（CNT）凸點62

參考文獻63

第4章倒裝晶片互連：過去、現在和將來66

4.1倒裝晶片互連技術的演變67

4.1.1高含鉛量焊錫接點68

4.1.2晶片上高含鉛量焊料與層壓基板上共晶焊料的接合68

4.1.3無鉛焊錫接點69

4.1.4銅柱接合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回流焊與熱壓鍵合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：對多種焊料合金的適應性83

4.4Cu柱凸點製作83

4.5基板凸點製作技術86

4.6倒裝晶片中的無鉛焊料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倒裝晶片中無鉛焊料的界面反應93

4.7.1凸點下金屬化層93

4.7.2基板金屬化層95

4.7.3無鉛焊錫接點的界面反應96

4.8倒裝晶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晶片封裝相互作用：組裝中層間電介質開裂101

4.8.4電遷移可靠性104

4.8.5錫疫109

4.9倒裝晶片技術的發展趨勢109

4.9.1傳統微焊錫接點110

4.9.2金屬到金屬的固態擴散鍵合113

4.10結束語114

參考文獻115

第5章倒裝晶片下填料：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下填料的材料表征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採用熱機械分析儀測量熱膨脹係數130

5.3.4採用動態機械分析儀測量動態模量131

5.3.5採用熱重力分析儀測量熱穩定性133

5.3.6彎曲實驗133

5.3.7黏度測量133

5.3.8下填料與晶片鈍化層粘接強度測量134

5.3.9吸濕率測量134

5.4下填料對倒裝晶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採用偶聯劑改善粘接的水解穩定性140

5.5底部填充工藝面臨的挑戰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章導電膠在倒裝晶片中的套用159

6.1引言160

6.2各向異性導電膠/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在倒裝晶片中的套用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各向同性導電膠173

6.3.1引言173

6.3.2ICA在倒裝晶片中的套用178

6.3.3ICA在先進封裝中的套用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用於倒裝晶片的非導電膠194

6.4.1低熱膨脹係數NCA194

6.4.2NCA在細節距柔性基板晶片封裝中的套用196

6.4.3快速固化NCA196

6.4.4柔性電路板中NCA與ACA對比197

參考文獻197

第7章基板技術205

7.1引言206

7.2基板結構分類207

7.2.1順序增層結構207

7.2.2Z向堆疊結構208

7.3順序增層基板208

7.3.1工藝流程208

7.3.2導線210

7.3.3微通孔217

7.3.4焊盤225

7.3.5晶片封裝相互作用231

7.3.6可靠性239

7.3.7歷史裡程碑245

7.4Z向堆疊基板248

7.4.1採用圖形轉移工藝的Z向堆疊基板248

7.4.2任意層導通孔基板249

7.4.3埋嵌元件基板250

7.4.4PTFE材料基板253

7.5挑戰254

7.5.1無芯基板254

7.5.2溝槽基板255

7.5.3超低熱膨脹係數基板257

7.5.4堆疊晶片基板258

7.5.5光波導基板260

7.6陶瓷基板261

7.7路線圖262

7.7.1日本電子與信息技術工業協會路線圖262

7.7.2國際半導體技術路線圖263

7.8總結264

參考文獻264

第8章IC封裝系統集成設計266

8.1集成的晶片封裝系統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章倒裝晶片封裝的熱管理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晶片與封裝水平的熱管理330

9.4.1熱管理示例330

9.4.2晶片中的熱點331

9.4.3熱管理方法336

9.5系統級熱管理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章倒裝晶片封裝的熱機械可靠性367
10.1引言368
10.2倒裝晶片組件的熱變形369
10.2.1連續層合板模型370
10.2.2自由熱變形371
10.2.3基於雙層材料平板模型的晶片應力評估372
10.2.4晶片封裝相互作用最小化374
10.2.5總結377
10.3倒裝晶片組裝中焊錫凸點的可靠性377
10.3.1焊錫凸點的熱應變測量377
10.3.2焊錫材料的本構方程378
10.3.3焊錫接點的可靠性仿真384
10.3.4下填料粘接強度對焊錫凸點可靠性的影響387
10.3.5總結389
參考文獻389
第11章倒裝晶片焊錫接點的界面反應與電遷移391
11.1 引言392
11.2無鉛焊料與基板的界面反應393
11.2.1回流過程中的溶解與界面反應動力學393
11.2.2無鉛焊料與Cu基焊盤的界面反應397
11.2.3無鉛焊料與鎳基焊盤的界面反應398
11.2.4貫穿焊錫接點的Cu和Ni交叉相互作用403
11.2.5與其他活潑元素的合金化效應405
11.2.6小焊料體積的影響409
11.3倒裝晶片焊錫接點的電遷移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倒裝晶片焊錫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量度單位換算表440
附錄B縮略語表443