先進倒裝芯片封裝技術

第1章市場趨勢：過去，現(xiàn)在和將來11.1倒裝芯片技術及其早期發(fā)展21.2晶圓凸點技術概述21.3蒸鍍31.3.1模板印刷31.3.2電鍍41.3.3焊壩41.3.4預定義結構外電鍍61.4晶圓凸點技術總結61.5倒裝芯片產(chǎn)業(yè)與配套基礎架構的發(fā)展71.6倒裝芯片市場趨勢91.7倒裝芯片的市場驅(qū)動力111.8從IDM到SAT的轉(zhuǎn)移131.9環(huán)保法規(guī)對下填料，焊料，結構設計等的沖擊161.10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(xiàn)在和將來172.1倒裝芯片技術的演變182.2一級封裝技術的演變202.2.1熱管理需求202.2.2增大的芯片尺寸202.2.3對有害物質(zhì)的限制212.2.4RoHS指令與遵從成本232.2.5Sn的選擇232.2.6焊料空洞242.2.7軟錯誤與阿爾法輻射252.3一級封裝面臨的挑戰(zhàn)262.3.1弱BEOL結構262.3.2C4凸點電遷移272.3.3Cu柱技術282.4IC技術路線圖282.53D倒裝芯片系統(tǒng)級封裝與IC封裝系統(tǒng)協(xié)同設計312.6PoP與堆疊封裝322.6.1嵌入式芯片封裝342.6.2折疊式堆疊封裝342.7新出現(xiàn)的倒裝芯片技術352.8總結37參考文獻37第3章凸點制作技術403.1引言413.2材料與工藝413.3凸點技術的最新進展573.3.1低成本焊錫凸點工藝573.3.2納米多孔互連593.3.3傾斜微凸點593.3.4細節(jié)距壓印凸點603.3.5液滴微夾鉗焊錫凸點603.3.6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(xiàn)在和將來664.1倒裝芯片互連技術的演變674.1.1高含鉛量焊錫接點684.1.2芯片上高含鉛量焊料與層壓基板上共晶焊料的接合684.1.3無鉛焊錫接點694.1.4銅柱接合704.2組裝技術的演變714.2.1晶圓減薄與晶圓切割714.2.2晶圓凸點制作724.2.3助焊劑及其清洗744.2.4回流焊與熱壓鍵合754.2.5底部填充與模塑764.2.6質(zhì)量保證措施784.3C4NP技術794.3.1C4NP晶圓凸點制作工藝794.3.2模具制作與焊料轉(zhuǎn)移814.3.3改進晶圓凸點制作良率814.3.4C4NP的優(yōu)點：對多種焊料合金的適應性834.4Cu柱凸點制作834.5基板凸點制作技術864.6倒裝芯片中的無鉛焊料904.6.1無鉛焊料的性能914.6.2固化，微結構與過冷現(xiàn)象934.7倒裝芯片中無鉛焊料的界面反應934.7.1凸點下金屬化層934.7.2基板金屬化層954.7.3無鉛焊錫接點的界面反應964.8倒裝芯片互連結構的可靠性984.8.1熱疲勞可靠性984.8.2跌落沖擊可靠性994.8.3芯片封裝相互作用：組裝中層間電介質(zhì)開裂1014.8.4電遷移可靠性1044.8.5錫疫1094.9倒裝芯片技術的發(fā)展趨勢1094.9.1傳統(tǒng)微焊錫接點1104.9.2金屬到金屬的固態(tài)擴散鍵合1134.10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1235.1引言1245.2傳統(tǒng)下填料與工藝1255.3下填料的材料表征1275.3.1差示掃描量熱法測量固化特性1275.3.2差示掃描量熱法測量玻璃轉(zhuǎn)化溫度1295.3.3采用熱機械分析儀測量熱膨脹系數(shù)1305.3.4采用動態(tài)機械分析儀測量動態(tài)模量1315.3.5采用熱重力分析儀測量熱穩(wěn)定性1335.3.6彎曲實驗1335.3.7黏度測量1335.3.8下填料與芯片鈍化層粘接強度測量1345.3.9吸濕率測量1345.4下填料對倒裝芯片封裝可靠性的影響1345.4.1鈍化層的影響1365.4.2黏附性退化與85/85時效時間1375.4.3采用偶聯(lián)劑改善粘接的水解穩(wěn)定性1405.5底部填充工藝面臨的挑戰(zhàn)1415.6非流動型下填料1435.7模塑底部填充1485.8晶圓級底部填充1495.9總結153參考文獻154第6章導電膠在倒裝芯片中的應用1596.1引言1606.2各向異性導電膠/導電膜1606.2.1概述1606.2.2分類1606.2.3膠基體1616.2.4導電填充顆粒1616.2.5ACA/ACF在倒裝芯片中的應用1626.2.6ACA/ACF互連的失效機理1676.2.7納米ACA/ACF最新進展1686.3各向同性導電膠1736.3.1引言1736.3.2ICA在倒裝芯片中的應用1786.3.3ICA在先進封裝中的應用1846.3.4ICA互連點的高頻性能1876.3.5ICA互連點的可靠性1896.3.6納米ICA的最新進展1916.4用于倒裝芯片的非導電膠1946.4.1低熱膨脹系數(shù)NCA1946.4.2NCA在細節(jié)距柔性基板芯片封裝中的應用1966.4.3快速固化NCA1966.4.4柔性電路板中NCA與ACA對比197參考文獻197第7章基板技術2057.1引言2067.2基板結構分類2077.2.1順序增層結構2077.2.2Z向堆疊結構2087.3順序增層基板2087.3.1工藝流程2087.3.2導線2107.3.3微通孔2177.3.4焊盤2257.3.5芯片封裝相互作用2317.3.6可靠性2397.3.7歷史里程碑2457.4Z向堆疊基板2487.4.1采用圖形轉(zhuǎn)移工藝的Z向堆疊基板2487.4.2任意層導通孔基板2497.4.3埋嵌元件基板2507.4.4PTFE材料基板2537.5挑戰(zhàn)2547.5.1無芯基板2547.5.2溝槽基板2557.5.3超低熱膨脹系數(shù)基板2577.5.4堆疊芯片基板2587.5.5光波導基板2607.6陶瓷基板2617.7路線圖2627.7.1日本電子與信息技術工業(yè)協(xié)會路線圖2627.7.2國際半導體技術路線圖2637.8總結264參考文獻264第8章IC封裝系統(tǒng)集成設計2668.1集成的芯片封裝系統(tǒng)2688.1.1引言2688.1.2設計探索2698.1.3模擬與分析決策2738.1.4ICPS設計問題2748.2去耦電容插入2768.2.1引言2768.2.2電學模型2788.2.3阻抗矩陣及其增量計算2808.2.4噪聲矩陣2828.2.5基于模擬退火算法的去耦電容插入2828.2.6基于靈敏度分析算法的去耦電容插入2868.3TSV 3D堆疊2968.3.13D IC堆疊技術2968.3.2挑戰(zhàn)2988.3.3解決方法3028.4總結316參考文獻316第9章倒裝芯片封裝的熱管理3239.1引言3249.2理論基礎3259.2.1傳熱理論3259.2.2電熱類比模型3279.3熱管理目標3289.4芯片與封裝水平的熱管理3309.4.1熱管理示例3309.4.2芯片中的熱點3319.4.3熱管理方法3369.5系統(tǒng)級熱管理3389.5.1熱管理示例3389.5.2熱管理方法3409.5.3新型散熱技術3489.6熱測量與仿真3579.6.1封裝溫度測量3589.6.2溫度測量設備與方法3589.6.3溫度測量標準3599.6.4簡化熱模型3599.6.5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36710.1引言36810.2倒裝芯片組件的熱變形36910.2.1連續(xù)層合板模型37010.2.2自由熱變形37110.2.3基于雙層材料平板模型的芯片應力評估37210.2.4芯片封裝相互作用最小化37410.2.5總結37710.3倒裝芯片組裝中焊錫凸點的可靠性37710.3.1焊錫凸點的熱應變測量37710.3.2焊錫材料的本構方程37810.3.3焊錫接點的可靠性仿真38410.3.4下填料粘接強度對焊錫凸點可靠性的影響38710.3.5總結389參考文獻389第11章倒裝芯片焊錫接點的界面反應與電遷移39111.1 引言39211.2無鉛焊料與基板的界面反應39311.2.1回流過程中的溶解與界面反應動力學39311.2.2無鉛焊料與Cu基焊盤的界面反應39711.2.3無鉛焊料與鎳基焊盤的界面反應39811.2.4貫穿焊錫接點的Cu和Ni交叉相互作用40311.2.5與其他活潑元素的合金化效應40511.2.6小焊料體積的影響40911.3倒裝芯片焊錫接點的電遷移41211.3.1電遷移基礎41311.3.2電流對焊料的作用及其引發(fā)的失效機理41511.3.3電流對凸點下金屬化層（UBM）的作用及其引發(fā)的失效機理42111.3.4倒裝芯片焊錫接點的平均無故障時間42611.3.5減緩電遷移的策略42911.4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