半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)

前言
第1章　先進(jìn)封裝1
1.1　引言1
1.2　半導(dǎo)體的應(yīng)用1
1.3　系統(tǒng)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)力1
1.3.1　AI 1
1.3.2　5G 2
1.4　先進(jìn)封裝概述3
1.4.1　先進(jìn)封裝種類(lèi)3
1.4.2　先進(jìn)封裝層級(jí)3
1.5　2D扇出型（先上晶）IC集成5
1.6　2D倒裝芯片IC集成5
1.7　PoP、SiP和異質(zhì)集成6
1.8　2D扇出型（后上晶）IC集成8
1.9　2.1D倒裝芯片IC集成8
1.10　含互連橋的2.1D倒裝芯片IC集成9
1.11　含互連橋的2.1D扇出型IC集成9
1.12　2.3D扇出型（先上晶）IC集成10
1.13　2.3D倒裝芯片IC集成10
1.14　2.3D扇出型（后上晶）IC集成11
1.15　2.5D（C4凸點(diǎn)）IC集成12
1.16　2.5D（C2凸點(diǎn)）IC集成12
1.17　微凸點(diǎn)3D IC集成13
1.18　微凸點(diǎn)芯粒3D IC集成14
1.19　無(wú)凸點(diǎn)3D IC集成14
1.20　無(wú)凸點(diǎn)芯粒3D IC集成15
1.21　總結(jié)和建議15
參考文獻(xiàn)16
第2章　系統(tǒng)級(jí)封裝22
2.1　引言22
2.2　片上系統(tǒng)22
2.3　SiP概述23
2.4　SiP的使用目的23
2.5　SiP的實(shí)際應(yīng)用23
2.6　SiP舉例24
2.7　SMT25
2.7.1　PCB26
2.7.2　SMD28
2.7.3　焊膏29
2.7.4　模板印刷焊膏和自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)30
2.7.5　SMD的拾取和放置32
2.7.6　對(duì)PCB上的SMD的AOI33
2.7.7　SMT焊料回流33
2.7.8　缺陷的AOI和X射線(xiàn)檢測(cè)34
2.7.9　返修35
2.7.10　總結(jié)和建議36
2.8　倒裝芯片技術(shù)36
2.8.1　基于模板印刷的晶圓凸點(diǎn)成型技術(shù)37
2.8.2　C4晶圓凸點(diǎn)成型技術(shù)38
2.8.3　C2晶圓凸點(diǎn)成型技術(shù)40
2.8.4　倒裝芯片組裝——C4/C2凸點(diǎn)批量回流（CUF）40
2.8.5　底部填充提升可靠性42
2.8.6　倒裝芯片組裝——C4/C2凸點(diǎn)的小壓力熱壓鍵合（CUF）44
2.8.7　倒裝芯片組裝——C2凸點(diǎn)的大壓力熱壓鍵合（NCP）45
2.8.8　倒裝芯片組裝——C2凸點(diǎn)的大壓力熱壓鍵合（NCF）45
2.8.9　一種先進(jìn)的倒裝芯片組裝——C2凸點(diǎn)液相接觸熱壓鍵合47
2.8.10　總結(jié)和建議53
參考文獻(xiàn)54
第3章　扇入型晶圓級(jí)/板級(jí)芯片尺寸封裝63
3.1　引言63
3.2　扇入型晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（WLCSP）65
3.2.1　封裝結(jié)構(gòu)65
3.2.2　WLCSP的關(guān)鍵工藝步驟67
3.2.3　WLCSP在PCB上的組裝68
3.2.4　WLCSP在PCB上組裝的熱仿真68
3.2.5　總結(jié)和建議74
3.3　扇入型板級(jí)芯片尺寸封裝（PLCSP）75
3.3.1　測(cè)試芯片75
3.3.2　測(cè)試封裝體76
3.3.3　PLCSP工藝流程77
3.3.4　PLCSP的PCB組裝83
3.3.5　PLCSP PCB組裝的跌落試驗(yàn)84
3.3.6　PLCSP PCB組裝的熱循環(huán)試驗(yàn)86
3.3.7　PLCSP PCB組裝的熱循環(huán)仿真92
3.3.8　總結(jié)和建議95
3.4　6面模塑晶圓級(jí)芯片尺寸封裝96
3.4.1　星科金朋的eWLCSP97
3.4.2　聯(lián)合科技的WLCSP97
3.4.3　矽品科技的mWLCSP97
3.4.4　華天科技的WLCSP99
3.4.5　矽品科技和聯(lián)發(fā)科的mWLCSP99
3.4.6　總結(jié)和建議102
3.5　6面模塑板級(jí)芯片尺寸封裝102
3.5.1　6面模塑PLCSP的結(jié)構(gòu)102
3.5.2　晶圓正面切割和EMC模塑104
3.5.3　背面減薄和晶圓背面模塑104
3.5.4　等離子體刻蝕和劃片106
3.5.5　測(cè)試的PCB106
3.5.6　6面模塑PLCSP在PCB上的SMT組裝106
3.5.7　6面模塑PLCSP的熱循環(huán)試驗(yàn)108
3.5.8　6面模塑PLCSP的PCB組裝熱循環(huán)仿真111
3.5.9　總結(jié)和建議115
參考文獻(xiàn)115
第4章　扇出型晶圓級(jí)/板級(jí)封裝124
4.1　引言124
4.2　扇出型（先上晶且面朝下）晶圓級(jí)封裝（FOWLP）125
4.2.1　測(cè)試芯片125
4.2.2　測(cè)試封裝體126
4.2.3　傳統(tǒng)的先上晶（面朝下）晶圓級(jí)工藝127
4.2.4　異質(zhì)集成封裝的新工藝128
4.2.5　干膜EMC層壓128
4.2.6　臨時(shí)鍵合另一塊玻璃支撐片128
4.2.7　再布線(xiàn)層130
4.2.8　焊球植球131
4.2.9　最終解鍵合131
4.2.10　PCB組裝134
4.2.11　異質(zhì)集成的可靠性（跌落試驗(yàn)）135
4.2.12　總結(jié)和建議137
4.3　扇出型（先上晶且面朝下）板級(jí)封裝（FOPLP）137
4.3.1　測(cè)試封裝體的異質(zhì)集成138
4.3.2　一種新的Uni-SIP工藝140
4.3.3　ECM面板的干膜層壓140
4.3.4　Uni-SIP結(jié)構(gòu)的層壓141
4.3.5　新ABF的層壓、激光鉆孔、去膠渣141
4.3.6　激光直寫(xiě)圖形和PCB鍍銅144
4.3.7　總結(jié)和建議145
4.4　扇出型（先上晶且面朝上）晶圓級(jí)封裝146
4.4.1　測(cè)試芯片146
4.4.2　工藝流程146
4.5　扇出型（先上晶且面朝上）板級(jí)封裝148
4.5.1　封裝結(jié)構(gòu)148
4.5.2　工藝流程148
4.6　扇出型（后上晶或先RDL）晶圓級(jí)封裝150
4.6.1　IME的先RDL FOWLP151
4.6.2　測(cè)試結(jié)構(gòu)151
4.6.3　先RDL關(guān)鍵工藝步驟152
4.6.4　先RDL FOWLP的PCB組裝154
4.7　扇出型（后上晶或先RDL）板級(jí)封裝154
4.7.1　測(cè)試芯片154
4.7.2　測(cè)試封裝體154
4.7.3　異質(zhì)集成用先RDL板級(jí)封裝157
4.7.4　RDL基板的制作157
4.7.5　晶圓凸點(diǎn)成型160
4.7.6　芯片-基板鍵合160
4.7.7　底部填充和EMC模塑162
4.7.8　面板/條帶轉(zhuǎn)移163
4.7.9　阻焊層開(kāi)窗和表面處理163
4.7.10　植球、解鍵合和條帶切割163
4.7.11　先RDL板級(jí)封裝的PCB組裝165
4.7.12　跌落試驗(yàn)結(jié)果和失效分析165
4.7.13　熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果和失效分析169
4.7.14　熱循環(huán)仿真174
4.7.15　總結(jié)和建議175
4.8　Mini-LED RGB顯示器的扇出型板級(jí)封裝176
4.8.1　測(cè)試mini-LED177
4.8.2　測(cè)試mini-LED RGB顯示器的SMD封裝178
4.8.3　RDL和mini-LED RGB SMD制造179
4.8.4　PCB組裝182
4.8.5　跌落試驗(yàn)185
4.8.6　熱循環(huán)仿真185
4.8.7　總結(jié)和建議191
參考文獻(xiàn)191
第5章　2D、2.1D和2.3D IC集成200
5.1　引言200
5.2　2D IC集成——引線(xiàn)鍵合200
5.3　2D IC集成——倒裝芯片201
5.4　2D IC集成——引線(xiàn)鍵合和倒裝芯片201
5.5　RDL202
5.5.1　有機(jī)RDL202
5.5.2　無(wú)機(jī)RDL202
5.5.3　混合RDL202
5.6　2D IC集成——扇出型（先上晶）203
5.6.1　HTC的Desire 606W203
5.6.2　4顆芯片異質(zhì)集成203
5.7　2D IC集成——扇出型（后上晶）205
5.7.1　IME的后上晶扇出型封裝205
5.7.2　Amkor的SWIFT206
5.7.3　Amkor的SLIM207
5.7.4　矽品科技的混合RDL扇出208
5.7.5　欣興電子的扇出型后上晶工藝209
5.8　2.1D IC集成210
5.8.1　Shinko的i-THOP210
5.8.2　日立的2.1D有機(jī)轉(zhuǎn)接板212
5.8.3　日月光的2.1D有機(jī)轉(zhuǎn)接板212
5.8.4　矽品科技的2.1D有機(jī)轉(zhuǎn)接板213
5.8.5　長(zhǎng)電科技的uFOS215
5.8.6　英特爾的EMIB216
5.8.7　應(yīng)用材料的互連橋217
5.8.8　臺(tái)積電的LSI217
5.9　2.3D IC集成217
5.10　采用SAP/PCB法的2.3D IC集成218
5.10.1　Shinko的無(wú)芯板有機(jī)轉(zhuǎn)接板218
5.10.2　思科的有機(jī)轉(zhuǎn)接板219
5.11　采用扇出型（先上晶）技術(shù)的2.3D IC集成220
5.11.1　星科金朋的2.3D eWLB220
5.11.2　聯(lián)發(fā)科的扇出型（先上晶）技術(shù)222
5.11.3　日月光的FOCoS（先上晶）223
5.11.4　臺(tái)積電的InFO_oS和InFO_MS224
5.12　采用扇出型（后上晶）技術(shù)的2.3D IC集成225
5.12.1　矽品科技的NTI225
5.12.2　三星的無(wú)硅RDL轉(zhuǎn)接板225
5.12.3　日月光的FOCoS（后上晶）228
5.12.4　臺(tái)積電的多層RDL轉(zhuǎn)接板229
5.12.5　Shinko的2.3D有機(jī)轉(zhuǎn)接板229
5.12.6　欣興電子的2.3D RDL轉(zhuǎn)接板232
5.13　總結(jié)和建議247
參考文獻(xiàn)247
第6章　2.5D IC集成251
6.1　引言251
6.2　Leti的SoW技術(shù)（2.5D IC集成技術(shù)的起源）251
6.3　IME的2.5D IC集成技術(shù)252
6.3.1　2.5D IC集成的三維非線(xiàn)性局部及全局分析252
6.3.2　用于電氣和流體互連的2.5D IC集成技術(shù)254
6.3.3　雙面堆疊無(wú)源TSV轉(zhuǎn)接板256
6.3.4　作為應(yīng)力（可靠性）緩沖的TSV轉(zhuǎn)接板257
6.4　中國(guó)香港科技大學(xué)雙面集成芯片的TSV轉(zhuǎn)接板技術(shù)258
6.5　中國(guó)臺(tái)灣“工業(yè)技術(shù)研究院”的2.5D IC集成259
6.5.1　雙面集成芯片TSV轉(zhuǎn)接板的熱管理259
6.5.2　應(yīng)用于LED含嵌入式流體微通道的TSV轉(zhuǎn)接板260
6.5.3　集成有片上系統(tǒng)和存儲(chǔ)立方的TSV轉(zhuǎn)接板262
6.5.4　半嵌入式TSV轉(zhuǎn)接板263
6.5.5　雙面粘接芯片的TSV轉(zhuǎn)接板264
6.5.6　雙面集成芯片的TSV轉(zhuǎn)接板266
6.5.7　TSH轉(zhuǎn)接板268
6.6　臺(tái)積電的CoWoS技術(shù)270
6.7　賽靈思/臺(tái)積電的2.5D IC集成270
6.8　Altera/臺(tái)積電的2.5D IC集成273
6.9　AMD/聯(lián)電的2.5D IC集成273
6.10　英偉達(dá)/臺(tái)積電的2.5D IC集成274
6.11　臺(tái)積電CoWoS路線(xiàn)圖275
6.12　2.5D IC集成的近期進(jìn)展276
6.12.1　臺(tái)積電的集成有深槽電容CoWoS276
6.12.2　IME 2.5D IC集成的非破壞性失效定位方法277
6.12.3　Fraunhofer的光電轉(zhuǎn)接板277
6.12.4　Dai Nippon/AGC的玻璃轉(zhuǎn)接板278
6.12.5　富士通的多層玻璃轉(zhuǎn)接板280
6.13　總結(jié)和建議280
參考文獻(xiàn)281
第7章　3D IC集成和3D IC封裝287
7.1　引言287
7.2　3D IC封裝287
7.2.1　3D IC封裝——引線(xiàn)鍵合式存儲(chǔ)芯片堆疊287
7.2.2　3D IC封裝——面對(duì)面鍵合后引線(xiàn)鍵合到基板291
7.2.3　3D IC封裝——背對(duì)背鍵合后引線(xiàn)鍵合到基板292
7.2.4　3D IC封裝——面對(duì)面鍵合后通過(guò)凸點(diǎn)/焊球到基板上293
7.2.5　3D IC封裝——面對(duì)背296
7.2.6　3D IC封裝——SiP中的埋入式芯片（面對(duì)面）296
7.2.7　3D IC封裝——采用倒裝芯片技術(shù)的PoP298
7.2.8　3D IC封裝——采用扇出技術(shù)的PoP300
7.2.9　總結(jié)和建議303
7.3　3D IC集成303
7.3.1　3D IC集成——HBM標(biāo)準(zhǔn)303
7.3.2　3D IC集成——HBM組裝305
7.3.3　3D IC集成——采用TSV的芯片堆疊307
7.3.4　3D IC集成——采用TSV的無(wú)凸點(diǎn)混合鍵合芯片堆疊311
7.3.5　3D IC集成——無(wú)TSV的無(wú)凸點(diǎn)混合鍵合芯片堆疊313
7.3.6　總結(jié)和建議313
參考文獻(xiàn)314
第8章　混合鍵合319
8.1　引言319
8.2　Cu-Cu TCB319
8.2.1　Cu-Cu TCB的一些基本原理319
8.2.2　IBM/RPI的Cu-Cu TCB321
8.3　室溫Cu-Cu TCB321
8.3.1　室溫Cu-Cu TCB的一些基本原理321
8.3.2　NIMS/AIST/東芝/東京大學(xué)的室溫Cu-Cu TCB322
8.4　SiO2-SiO2 TCB322
8.4.1　SiO2-SiO2 TCB的一些基本原理322
8.4.2　麻省理工學(xué)院的SiO2-SiO2 TCB324
8.4.3　Leti/ 飛思卡爾/意法半導(dǎo)體的SiO2-SiO2 TCB325
8.5　低溫DBI326
8.5.1　低溫DBI的一些基本原理326
8.5.2　有TSV的索尼CMOS圖像傳感器328
8.5.3　無(wú)TSV（混合鍵合）的索尼CMOS圖像傳感器329
8.6　低溫混合鍵合的近期發(fā)展332
8.6.1　IME混合鍵合的熱機(jī)械性能332
8.6.2　臺(tái)積電的混合鍵合335
8.6.3　IMEC的混合鍵合338
8.6.4　格羅方德的混合鍵合339
8.6.5　三菱的混合鍵合340
8.6.6　Leti的混合鍵合341
8.6.7　英特爾的混合鍵合343