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第1章 市场趋势：过去、现在和将来 1

1.1 倒装芯片技术及其早期发展 2

1.2 晶圆凸点技术概述 2

1.3 蒸镀 3

1.3.1 模板印刷 3

1.3.2 电镀 4

1.3.3 焊坝 4

1.3.4 预定义结构外电镀 6

1.4 晶圆凸点技术总结 6

1.5 倒装芯片产业与配套基础架构的发展 7

1.6 倒装芯片市场趋势 9

1.7 倒装芯片的市场驱动力 11

1.8 从IDM到SAT的转移 13

1.9 环保法规对下填料、焊料、结构设计等的冲击 16

1.10 贴装成本及其对倒装芯片技术的影响 16

参考文献 16

第2章 技术趋势：过去、现在和将来 17

2.1 倒装芯片技术的演变 18

2.2 一级封装技术的演变 20

2.2.1 热管理需求 20

2.2.2 增大的芯片尺寸 20

2.2.3 对有害物质的限制 21

2.2.4 RoHS指令与遵从成本 23

2.2.5 Sn的选择 23

2.2.6 焊料空洞 24

2.2.7 软错误与阿尔法辐射 25

2.3 一级封装面临的挑战 26

2.3.1 弱BEOL结构 26

2.3.2 C4凸点电迁移 27

2.3.3 Cu柱技术 28

2.4 IC技术路线图 28

2.5 3D倒装芯片系统级封装与IC封装系统协同设计 31

2.6 PoP与堆叠封装 32

2.6.1 嵌入式芯片封装 34

2.6.2 折叠式堆叠封装 34

2.7 新出现的倒装芯片技术 35

2.8 总结 37

参考文献 37

第3章 凸点制作技术 40

3.1 引言 41

3.2 材料与工艺 41

3.3 凸点技术的最新进展 57

3.3.1 低成本焊锡凸点工艺 57

3.3.2 纳米多孔互连 59

3.3.3 倾斜微凸点 59

3.3.4 细节距压印凸点 60

3.3.5 液滴微夹钳焊锡凸点 60

3.3.6 碳纳米管（CNT）凸点 62

参考文献 63

第4章 倒装芯片互连：过去、现在和将来 66

4.1 倒装芯片互连技术的演变 67

4.1.1 高含铅量焊锡接点 68

4.1.2 芯片上高含铅量焊料与层压基板上共晶焊料的接合 68

4.1.3 无铅焊锡接点 69

4.1.4 铜柱接合 70

4.2 组装技术的演变 71

4.2.1 晶圆减薄与晶圆切割 71

4.2.2 晶圆凸点制作 72

4.2.3 助焊剂及其清洗 74

4.2.4 回流焊与热压键合 75

4.2.5 底部填充与模塑 76

4.2.6 质量保证措施 78

4.3 C4NP技术 79

4.3.1 C4NP晶圆凸点制作工艺 79

4.3.2 模具制作与焊料转移 81

4.3.3 改进晶圆凸点制作良率 81

4.3.4 C4NP的优点：对多种焊料合金的适应性 83

4.4 Cu柱凸点制作 83

4.5 基板凸点制作技术 86

4.6 倒装芯片中的无铅焊料 90

4.6.1 无铅焊料的性能 91

4.6.2 固化、微结构与过冷现象 93

4.7 倒装芯片中无铅焊料的界面反应 93

4.7.1 凸点下金属化层 93

4.7.2 基板金属化层 95

4.7.3 无铅焊锡接点的界面反应 96

4.8 倒装芯片互连结构的可靠性 98

4.8.1 热疲劳可靠性 98

4.8.2 跌落冲击可靠性 99

4.8.3 芯片封装相互作用：组装中层间电介质开裂 101

4.8.4 电迁移可靠性 104

4.8.5 锡疫 109

4.9 倒装芯片技术的发展趋势 109

4.9.1 传统微焊锡接点 110

4.9.2 金属到金属的固态扩散键合 113

4.10 结束语 114

参考文献 115

第5章 倒装芯片下填料：材料、工艺与可靠性 123

5.1 引言 124

5.2 传统下填料与工艺 125

5.3 下填料的材料表征 127

5.3.1 差示扫描量热法测量固化特性 127

5.3.2 差示扫描量热法测量玻璃转化温度 129

5.3.3 采用热机械分析仪测量热膨胀系数 130

5.3.4 采用动态机械分析仪测量动态模量 131

5.3.5 采用热重力分析仪测量热稳定性 133

5.3.6 弯曲实验 133

5.3.7 黏度测量 133

5.3.8 下填料与芯片钝化层粘接强度测量 134

5.3.9 吸湿率测量 134

5.4 下填料对倒装芯片封装可靠性的影响 134

5.4.1 钝化层的影响 136

5.4.2 黏附性退化与85/85时效时间 137

5.4.3 采用偶联剂改善粘接的水解稳定性 140

5.5 底部填充工艺面临的挑战 141

5.6 非流动型下填料 143

5.7 模塑底部填充 148

5.8 晶圆级底部填充 149

5.9 总结 153

参考文献 154

第6章 导电胶在倒装芯片中的应用 159

6.1 引言 160

6.2 各向异性导电胶／导电膜 160

6.2.1 概述 160

6.2.2 分类 160

6.2.3 胶基体 161

6.2.4 导电填充颗粒 161

6.2.5 ACA/ACF在倒装芯片中的应用 162

6.2.6 ACA/ACF互连的失效机理 167

6.2.7 纳米ACA/ACF最新进展 168

6.3 各向同性导电胶 173

6.3.1 引言 173

6.3.2 ICA在倒装芯片中的应用 178

6.3.3 ICA在先进封装中的应用 184

6.3.4 ICA互连点的高频性能 187

6.3.5 ICA互连点的可靠性 189

6.3.6 纳米ICA的最新进展 191

6.4 用于倒装芯片的非导电胶 194

6.4.1 低热膨胀系数NCA 194

6.4.2 NCA在细节距柔性基板芯片封装中的应用 196

6.4.3 快速固化NCA 196

6.4.4 柔性电路板中NCA与ACA对比 197

参考文献 197

第7章 基板技术 205

7.1 引言 206

7.2 基板结构分类 207

7.2.1 顺序增层结构 207

7.2.2 Z向堆叠结构 208

7.3 顺序增层基板 208

7.3.1 工艺流程 208

7.3.2 导线 210

7.3.3 微通孔 217

7.3.4 焊盘 225

7.3.5 芯片封装相互作用 231

7.3.6 可靠性 239

7.3.7 历史里程碑 245

7.4 Z向堆叠基板 248

7.4.1 采用图形转移工艺的Z向堆叠基板 248

7.4.2 任意层导通孔基板 249

7.4.3 埋嵌元件基板 250

7.4.4 PTFE材料基板 253

7.5 挑战 254

7.5.1 无芯基板 254

7.5.2 沟槽基板 255

7.5.3 超低热膨胀系数基板 257

7.5.4 堆叠芯片基板 258

7.5.5 光波导基板 260

7.6 陶瓷基板 261

7.7 路线图 262

7.7.1 日本电子与信息技术工业协会路线图 262

7.7.2 国际半导体技术路线图 263

7.8 总结 264

参考文献 264

第8章 IC封装系统集成设计 266

8.1 集成的芯片封装系统 268

8.1.1 引言 268

8.1.2 设计探索 269

8.1.3 模拟与分析决策 273

8.1.4 ICPS设计问题 274

8.2 去耦电容插入 276

8.2.1 引言 276

8.2.2 电学模型 278

8.2.3 阻抗矩阵及其增量计算 280

8.2.4 噪声矩阵 282

8.2.5 基于模拟退火算法的去耦电容插入 282

8.2.6 基于灵敏度分析算法的去耦电容插入 286

8.3 TSV 3D堆叠 296

8.3.1 3D IC堆叠技术 296

8.3.2 挑战 298

8.3.3 解决方法 302

8.4 总结 316

参考文献 316

第9章 倒装芯片封装的热管理 323

9.1 引言 324

9.2 理论基础 325

9.2.1 传热理论 325

9.2.2 电热类比模型 327

9.3 热管理目标 328

9.4 芯片与封装水平的热管理 330

9.4.1 热管理示例 330

9.4.2 芯片中的热点 331

9.4.3 热管理方法 336

9.5 系统级热管理 338

9.5.1 热管理示例 338

9.5.2 热管理方法 340

9.5.3 新型散热技术 348

9.6 热测量与仿真 357

9.6.1 封装温度测量 358

9.6.2 温度测量设备与方法 358

9.6.3 温度测量标准 359

9.6.4 简化热模型 359

9.6.5 有限元／计算流体力学仿真 360

参考文献 362

第10章 倒装芯片封装的热机械可靠性 367

10.1 引言 368

10.2 倒装芯片组件的热变形 369

10.2.1 连续层合板模型 370

10.2.2 自由热变形 371

10.2.3 基于双层材料平板模型的芯片应力评估 372

10.2.4 芯片封装相互作用最小化 374

10.2.5 总结 377

10.3 倒装芯片组装中焊锡凸点的可靠性 377

10.3.1 焊锡凸点的热应变测量 377

10.3.2 焊锡材料的本构方程 378

10.3.3 焊锡接点的可靠性仿真 384

10.3.4 下填料粘接强度对焊锡凸点可靠性的影响 387

10.3.5 总结 389

参考文献 389

第11章 倒装芯片焊锡接点的界面反应与电迁移 391

11.1 引言 392

11.2 无铅焊料与基板的界面反应 393

11.2.1 回流过程中的溶解与界面反应动力学 393

11.2.2 无铅焊料与Cu基焊盘的界面反应 397

11.2.3 无铅焊料与镍基焊盘的界面反应 398

11.2.4 贯穿焊锡接点的Cu和Ni交叉相互作用 403

11.2.5 与其他活泼元素的合金化效应 405

11.2.6 小焊料体积的影响 409

11.3 倒装芯片焊锡接点的电迁移 412

11.3.1 电迁移基础 413

11.3.2 电流对焊料的作用及其引发的失效机理 415

11.3.3 电流对凸点下金属化层（UBM）的作用及其引发的失效机理 421

11.3.4 倒装芯片焊锡接点的平均无故障时间 426

11.3.5 减缓电迁移的策略 429

11.4 新问题 431

参考文献 431

附录 439

附录A 量度单位换算表 440

附录B 缩略语表 443