先進倒裝晶片封裝技術（簡體書）

本書由倒裝芯片封裝技術領域專家撰寫而成，系統總結了過去十幾年倒裝芯片封裝技術的發展脈絡和新成果，并對未來的發展趨勢做出了展望。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、基板技術、芯片封裝一體化電路設計、倒裝芯片封裝的熱管理和熱機械可靠性問題、倒裝芯片焊錫接點的界面反應和電遷移問題等。 n
本書適合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。

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向首席科學家、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，發表了1000多篇文章，獨自或和他人一起出版了10多本專著。他曾多次獲國際電子電氣工程師協會、制造工程學會、貝爾實驗室、美國佐治亞理工學院等頒發的特殊貢獻獎。 n
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獎——IEEE元件、封裝和制造技術獎，獲得業界普遍認可。 n
汪正平院士是塑封技術的開拓者之一。他創新地采用硅樹脂對柵控二極管交換機（GDX）進行封裝研究，實現利用聚合物材料對GDX結構的密封等效封裝，顯著提高封裝可靠性，此塑封技術克服了傳統陶瓷封裝重量大、工藝復雜、成本高等問題，被Intel、IBM等全面推廣，目前塑封技術占世界集成電路封裝市場的95%以上。他還解決了長期困擾封裝界的導電膠與器件界面接觸電阻不穩定問題，該創新技術在Henkel（漢高）等公司的導電膠產品中使用至今。汪院士在業界首次研發了無溶劑、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。

適讀人群 ：本書適合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后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向著微型化、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出不窮，但涉及面往往局限于單一的設計、制造技術。尚沒有一本系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、制造以及相關材料的書籍。而上述內容對于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，本書則滿足了相關從業工作者的需求。 n
本書深入淺出地介紹了倒裝芯片技術的市場（第1章）、技術發展趨勢（第2章）、設計與制造技術（第3、4、8、9章）、可靠性（第10、11章）以及封裝材料（第5、6章）等。 n
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。 n
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、實用性以及全面性為一身，對從事倒裝芯片研究的各類人員均具有重要的參考價值，對于推動倒裝芯片技術的普及與發展也具有重要的推動作用。

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