新书推荐《半导体先进封装技术》

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◆图书简介◆
《半导体先进封装技术》作者在半导体封装领域拥有40多年的研发和制造经验。《半导体先进封装技术》共分为11章，重点介绍了先进封装，系统级封装，扇入型晶圆级/板级芯片尺寸封装，扇出型晶圆级/板级封装，2D、2.1D和2.3D IC集成，2.5D IC集成，3D IC集成和3D IC封装，混合键合，芯粒异质集成，低损耗介电材料和先进封装未来趋势等内容。通过对这些内容的学习，能够让读者快速学会解决先进封装问题的方法。《半导体先进封装技术》可作为高等院校微电子学与固体电子学、电子科学与技术、集成电路科学与工程等专业的高年级本科生和研究生的教材和参考书，也可供相关领域的工程技术人员参考。 点击右方二维码进入图书前言第1章　先进封装11.1　引言11.2　半导体的应用11.3　系统技术的驱动力11.3.1　AI 11.3.2　5G 21.4　先进封装概述31.4.1　先进封装种类31.4.2　先进封装层级31.5　2D扇出型（先上晶）IC集成51.6　2D倒装芯片IC集成51.7　PoP、SiP和异质集成61.8　2D扇出型（后上晶）IC集成81.9　2.1D倒装芯片IC集成81.10　含互连桥的2.1D倒装芯片IC集成91.11　含互连桥的2.1D扇出型IC集成91.12　2.3D扇出型（先上晶）IC集成101.13　2.3D倒装芯片IC集成101.14　2.3D扇出型（后上晶）IC集成111.15　2.5D（C4凸点）IC集成121.16　2.5D（C2凸点）IC集成121.17　微凸点3D IC集成131.18　微凸点芯粒3D IC集成141.19　无凸点3D IC集成141.20　无凸点芯粒3D IC集成151.21　总结和建议15参考文献16第2章　系统级封装222.1　引言222.2　片上系统222.3　SiP概述232.4　SiP的使用目的232.5　SiP的实际应用232.6　SiP举例242.7　SMT252.7.1　PCB262.7.2　SMD282.7.3　焊膏292.7.4　模板印刷焊膏和自动光学检测302.7.5　SMD的拾取和放置322.7.6　对PCB上的SMD的AOI332.7.7　SMT焊料回流332.7.8　缺陷的AOI和X射线检测342.7.9　返修352.7.10　总结和建议362.8　倒装芯片技术362.8.1　基于模板印刷的晶圆凸点成型技术372.8.2　C4晶圆凸点成型技术382.8.3　C2晶圆凸点成型技术402.8.4　倒装芯片组装——C4/C2凸点批量回流（CUF）402.8.5　底部填充提升可靠性422.8.6　倒装芯片组装——C4/C2凸点的小压力热压键合（CUF）442.8.7　倒装芯片组装——C2凸点的大压力热压键合（NCP）452.8.8　倒装芯片组装——C2凸点的大压力热压键合（NCF）452.8.9　一种先进的倒装芯片组装——C2凸点液相接触热压键合472.8.10　总结和建议53参考文献54第3章　扇入型晶圆级/板级芯片尺寸封装633.1　引言633.2　扇入型晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）653.2.1　封装结构653.2.2　WLCSP的关键工艺步骤673.2.3　WLCSP在PCB上的组装683.2.4　WLCSP在PCB上组装的热仿真683.2.5　总结和建议743.3　扇入型板级芯片尺寸封装（PLCSP）753.3.1　测试芯片753.3.2　测试封装体763.3.3　PLCSP工艺流程773.3.4　PLCSP的PCB组装833.3.5　PLCSP PCB组装的跌落试验843.3.6　PLCSP PCB组装的热循环试验863.3.7　PLCSP PCB组装的热循环仿真923.3.8　总结和建议953.4　6面模塑晶圆级芯片尺寸封装963.4.1　星科金朋的eWLCSP973.4.2　联合科技的WLCSP973.4.3　矽品科技的mWLCSP973.4.4　华天科技的WLCSP993.4.5　矽品科技和联发科的mWLCSP993.4.6　总结和建议1023.5　6面模塑板级芯片尺寸封装1023.5.1　6面模塑PLCSP的结构1023.5.2　晶圆正面切割和EMC模塑1043.5.3　背面减薄和晶圆背面模塑1043.5.4　等离子体刻蚀和划片1063.5.5　测试的PCB1063.5.6　6面模塑PLCSP在PCB上的SMT组装1063.5.7　6面模塑PLCSP的热循环试验1083.5.8　6面模塑PLCSP的PCB组装热循环仿真1113.5.9　总结和建议115参考文献115第4章　扇出型晶圆级/板级封装1244.1　引言1244.2　扇出型（先上晶且面朝下）晶圆级封装（FOWLP）1254.2.1　测试芯片1254.2.2　测试封装体1264.2.3　传统的先上晶（面朝下）晶圆级工艺1274.2.4　异质集成封装的新工艺1284.2.5　干膜EMC层压1284.2.6　临时键合另一块玻璃支撑片1284.2.7　再布线层1304.2.8　焊球植球1314.2.9　最终解键合1314.2.10　PCB组装1344.2.11　异质集成的可靠性（跌落试验）1354.2.12　总结和建议1374.3　扇出型（先上晶且面朝下）板级封装（FOPLP）1374.3.1　测试封装体的异质集成1384.3.2　一种新的Uni-SIP工艺1404.3.3　ECM面板的干膜层压1404.3.4　Uni-SIP结构的层压1414.3.5　新ABF的层压、激光钻孔、去胶渣1414.3.6　激光直写图形和PCB镀铜1444.3.7　总结和建议1454.4　扇出型（先上晶且面朝上）晶圆级封装1464.4.1　测试芯片1464.4.2　工艺流程1464.5　扇出型（先上晶且面朝上）板级封装1484.5.1　封装结构1484.5.2　工艺流程1484.6　扇出型（后上晶或先RDL）晶圆级封装1504.6.1　IME的先RDL FOWLP1514.6.2　测试结构1514.6.3　先RDL关键工艺步骤1524.6.4　先RDL FOWLP的PCB组装1544.7　扇出型（后上晶或先RDL）板级封装1544.7.1　测试芯片1544.7.2　测试封装体1544.7.3　异质集成用先RDL板级封装1574.7.4　RDL基板的制作1574.7.5　晶圆凸点成型1604.7.6　芯片-基板键合1604.7.7　底部填充和EMC模塑1624.7.8　面板/条带转移1634.7.9　阻焊层开窗和表面处理1634.7.10　植球、解键合和条带切割1634.7.11　先RDL板级封装的PCB组装1654.7.12　跌落试验结果和失效分析1654.7.13　热循环试验结果和失效分析1694.7.14　热循环仿真1744.7.15　总结和建议1754.8　Mini-LED RGB显示器的扇出型板级封装1764.8.1　测试mini-LED1774.8.2　测试mini-LED RGB显示器的SMD封装1784.8.3　RDL和mini-LED RGB SMD制造1794.8.4　PCB组装1824.8.5　跌落试验1854.8.6　热循环仿真1854.8.7　总结和建议191参考文献191第5章　2D、2.1D和2.3D IC集成2005.1　引言2005.2　2D IC集成——引线键合2005.3　2D IC集成——倒装芯片2015.4　2D IC集成——引线键合和倒装芯片2015.5　RDL2025.5.1　有机RDL2025.5.2　无机RDL2025.5.3　混合RDL2025.6　2D IC集成——扇出型（先上晶）2035.6.1　HTC的Desire 606W2035.6.2　4颗芯片异质集成2035.7　2D IC集成——扇出型（后上晶）2055.7.1　IME的后上晶扇出型封装2055.7.2　Amkor的SWIFT2065.7.3　Amkor的SLIM2075.7.4　矽品科技的混合RDL扇出2085.7.5　欣兴电子的扇出型后上晶工艺2095.8　2.1D IC集成2105.8.1　Shinko的i-THOP2105.8.2　日立的2.1D有机转接板2125.8.3　日月光的2.1D有机转接板2125.8.4　矽品科技的2.1D有机转接板2135.8.5　长电科技的uFOS2155.8.6　英特尔的EMIB2165.8.7　应用材料的互连桥2175.8.8　台积电的LSI2175.9　2.3D IC集成2175.10　采用SAP/PCB法的2.3D IC集成2185.10.1　Shinko的无芯板有机转接板2185.10.2　思科的有机转接板2195.11　采用扇出型（先上晶）技术的2.3D IC集成2205.11.1　星科金朋的2.3D eWLB2205.11.2　联发科的扇出型（先上晶）技术2225.11.3　日月光的FOCoS（先上晶）2235.11.4　台积电的InFO_oS和InFO_MS2245.12　采用扇出型（后上晶）技术的2.3D IC集成2255.12.1　矽品科技的NTI2255.12.2　三星的无硅RDL转接板2255.12.3　日月光的FOCoS（后上晶）2285.12.4　台积电的多层RDL转接板2295.12.5　Shinko的2.3D有机转接板2295.12.6　欣兴电子的2.3D RDL转接板2325.13　总结和建议247参考文献247第6章　2.5D IC集成2516.1　引言2516.2　Leti的SoW技术（2.5D IC集成技术的起源）2516.3　IME的2.5D IC集成技术2526.3.1　2.5D IC集成的三维非线性局部及全局分析2526.3.2　用于电气和流体互连的2.5D IC集成技术2546.3.3　双面堆叠无源TSV转接板2566.3.4　作为应力（可靠性）缓冲的TSV转接板2576.4　中国香港科技大学双面集成芯片的TSV转接板技术2586.5　中国台湾“工业技术研究院”的2.5D IC集成2596.5.1　双面集成芯片TSV转接板的热管理2596.5.2　应用于LED含嵌入式流体微通道的TSV转接板2606.5.3　集成有片上系统和存储立方的TSV转接板2626.5.4　半嵌入式TSV转接板2636.5.5　双面粘接芯片的TSV转接板2646.5.6　双面集成芯片的TSV转接板2666.5.7　TSH转接板2686.6　台积电的CoWoS技术2706.7　赛灵思/台积电的2.5D IC集成2706.8　Altera/台积电的2.5D IC集成2736.9　AMD/联电的2.5D IC集成2736.10　英伟达/台积电的2.5D IC集成2746.11　台积电CoWoS路线图2756.12　2.5D IC集成的近期进展2766.12.1　台积电的集成有深槽电容CoWoS2766.12.2　IME 2.5D IC集成的非破坏性失效定位方法2776.12.3　Fraunhofer的光电转接板2776.12.4　Dai Nippon/AGC的玻璃转接板2786.12.5　富士通的多层玻璃转接板2806.13　总结和建议280参考文献281第7章　3D IC集成和3D IC封装2877.1　引言2877.2　3D IC封装2877.2.1　3D IC封装——引线键合式存储芯片堆叠2877.2.2　3D IC封装——面对面键合后引线键合到基板2917.2.3　3D IC封装——背对背键合后引线键合到基板2927.2.4　3D IC封装——面对面键合后通过凸点/焊球到基板上2937.2.5　3D IC封装——面对背2967.2.6　3D IC封装——SiP中的埋入式芯片（面对面）2967.2.7　3D IC封装——采用倒装芯片技术的PoP2987.2.8　3D IC封装——采用扇出技术的PoP3007.2.9　总结和建议3037.3　3D IC集成3037.3.1　3D IC集成——HBM标准3037.3.2　3D IC集成——HBM组装3057.3.3　3D IC集成——采用TSV的芯片堆叠3077.3.4　3D IC集成——采用TSV的无凸点混合键合芯片堆叠3117.3.5　3D IC集成——无TSV的无凸点混合键合芯片堆叠3137.3.6　总结和建议313参考文献314第8章　混合键合3198.1　引言3198.2　Cu-Cu TCB3198.2.1　Cu-Cu TCB的一些基本原理3198.2.2　IBM/RPI的Cu-Cu TCB3218.3　室温Cu-Cu TCB3218.3.1　室温Cu-Cu TCB的一些基本原理3218.3.2　NIMS/AIST/东芝/东京大学的室温Cu-Cu TCB3228.4　SiO2-SiO2 TCB3228.4.1　SiO2-SiO2 TCB的一些基本原理3228.4.2　麻省理工学院的SiO2-SiO2 TCB3248.4.3　Leti/ 飞思卡尔/意法半导体的SiO2-SiO2 TCB3258.5　低温DBI3268.5.1　低温DBI的一些基本原理3268.5.2　有TSV的索尼CMOS图像传感器3288.5.3　无TSV（混合键合）的索尼CMOS图像传感器3298.6　低温混合键合的近期发展3328.6.1　IME混合键合的热机械性能3328.6.2　台积电的混合键合3358.6.3　IMEC的混合键合3388.6.4　格罗方德的混合键合3398.6.5　三菱的混合键合3408.6.6　Leti的混合键合3418.6.7　英特尔的混合键合3438.7　总结和建议343参考文献344第9章　芯粒异质集成3479.1　引言3479.2　DARPA在芯粒异质集成方面的工作3479.3　SoC（片上系统）3489.4　芯粒异质集成3499.5　芯粒异质集成的优缺点3509.6　应用于芯粒异质集成的先进封装3519.6.1　有机基板上的2D芯粒异质集成3519.6.2　有机基板上的2.1D芯粒异质集成3529.6.3　有机基板上的2.3D芯粒异质集成3539.6.4　硅基板（无源TSV转接板）上的2.5D芯粒异质集成3549.6.5　硅基板（有源TSV转接板）上的3D芯粒异质集成3559.6.6　带互连桥的有机基板上的芯粒异质集成3569.6.7　PoP芯粒异质集成3579.6.8　扇出型RDL基板上的芯粒异质集成3589.7　AMD的芯粒异质集成3599.8　英特尔的芯粒异质集成3629.9　台积电的芯粒异质集成3649.10　总结和建议367参考文献367第10章　低损耗介电材料37110.1　引言37110.2　为什么需要低Dk和Df的介电材料37210.3　为什么需要低热膨胀系数的介电材料37210.4　NAMICS材料的Dk和Df37210.5　Arakawa材料的Dk和Df37510.6　杜邦材料的Dk和Df37610.7　日立/杜邦微系统材料的Dk和Df37710.8　JSR材料的Dk和Df37810.9　Toray材料的Dk和Df38110.10　富士通材料的Dk和Df38110.11　Kayaku材料的Dk和Df38210.12　三菱材料的Dk和Df38510.13　TAITO INK材料的Dk和Df38610.14　浙江大学材料的Dk和Df38810.15　总结和建议389参考文献391第11章　先进封装未来趋势39211.1　引言39211.2　COVID-19对半导体产业的影响39211.3　COVID-19对晶圆代工行业的影响39311.4　COVID-19对半导体客户的影响39311.5　COVID-19对封测行业的影响39411.6　驱动端、半导体和先进封装39511.7　先进封装的组装工艺39711.7.1　引线键合39811.7.2　SMT39911.7.3　倒装芯片技术的晶圆凸点成型40011.7.4　有机基板上的倒装芯片技术40011.7.5　CoC、CoW和WoW TCB以及混合键合40111.8　扇出型先上晶（芯片面朝上）、先上晶（芯片面朝下）以及后上晶技术40211.9　互连桥与TSV转接板40511.10　SoC与芯粒40711.11　高速/高频器件对材料的需求41011.12　总结和建议411参考文献当前半导体产业有五个确定的增长引擎，它们分别是：①移动终端，如智能手机、智能手表、可穿戴设备、笔记本电脑和平板电脑；②高性能计算（HPC），也被称为超级计算，它能够在超级计算机上高速处理数据和进行复杂的计算；③自动驾驶汽车；④物联网（internet of things，IoT），如智慧工厂和智慧医疗；⑤用于云计算的大数据和用于边缘计算的实时数据处理。封装技术专家正在使用各种先进的封装方法如倒装芯片、晶圆级/板级芯片尺寸封装；扇出型晶圆级/板级封装；封装堆叠（PoP）；硅通孔；2.1D、2.3D、2.5D以及3D IC集成；高带宽存储器（HBM）；多芯片模组；系统级封装（SiP）；异质集成；芯粒技术；互连桥等，以容纳（封装）面向这五类主要应用的半导体器件。系统技术的驱动力，如5G（第五代标准宽带蜂窝网络技术）和AI（人工智能，是指任何能让计算机模拟人类智力的技术），也正在持续推动这五类半导体应用的增长。由于5G和AI的推动，半导体器件的速度不断提高、密度不断增加、焊盘节距不断减小、芯片尺寸不断增大，同时功耗也随之增加。所有这些变化都为半导体先进封装技术提供了新的机遇和挑战。可是，对于大多数从业的工程师和管理人员以及科研工作人员而言，先进封装仍没有得到很好理解。目前无论是工业界还是学术界，都亟需一本能对当前先进封装技术进行全面讲解的书籍。《半导体先进封装技术》写作的目的就是为了让读者能快速学会解决先进封装问题的方法；通过阅读本书，还可以学习到在做系统级决策时所必须具备的折中意识。《半导体先进封装技术》共分为11章，它们分别是：①先进封装；②系统级封装；③扇入型晶圆级/板级芯片尺寸封装；④扇出型晶圆级/板级封装；⑤2D、2.1D和2.3D IC集成；⑥2.5D IC集成；⑦3D IC集成和3D IC封装；⑧混合键合；⑨芯粒异质集成；⑩低损耗介电材料；先进封装未来趋势。第1章先简要介绍了什么是先进封装。随后列出了16种不同的先进封装技术，并针对每一种先进封装技术给出一个案例。该章还简要讨论了技术驱动、半导体器件和封装三者之间的关系。第2章介绍了系统级封装（SiP）技术及其组装工艺，如表面安装技术（SMT）和倒装芯片（FC）技术。该章首先还介绍了片上系统（SoC）的概念和系统级封装的概念，并对两者做出区分。第3章详细介绍了扇入型晶圆级/板级芯片尺寸封装。该章分为4个部分：①扇入型晶圆级芯片尺寸封装；②扇入型板级芯片尺寸封装；③6面模塑晶圆级芯片尺寸封装；④6面模塑板级芯片尺寸封装。第4章介绍了扇出型晶圆级/板级封装。该章分为6个部分：①扇出型（先上晶且面朝下）晶圆级封装；②扇出型（先上晶且面朝下）板级封装；③扇出型（先上晶且面朝上）晶圆级封装；④扇出型（先上晶且面朝上）板级封装；⑤扇出型（后上晶或先RDL）晶圆级封装；⑥扇出型（后上晶或先RDL）板级封装。第5章简单介绍了2D、2.1D和2.3D IC集成，并就每一种封装技术给出相应案例。该章还简要介绍了再布线层（RDL）的概念，包括有机RDL、无机RDL和混合RDL。第6章简单介绍了2.5D IC集成（或无源TSV转接板），并给出几个相应案例。该章还提及了2.5D IC集成的开端以及近期新进展。第7章介绍了3D IC封装（无TSV）和3D IC集成（含TSV）或有源TSV转接板以及相应的案例。该章还提及了高带宽存储器（HBM）的概念。第8章讨论了混合键合，也介绍了Cu-Cu热压键合（TCB）、SiO2-SiO2热压键合以及室温Cu-Cu热压键合。该章还简要提及了一些混合键合技术的新进展。第9章简单介绍了芯粒异质集成及其优缺点，还简要介绍了DARPA的COSMOS、DAHI、CHIPS和SHIP项目。第10章系统介绍了近几年文献报道的高速高频应用中介电材料的Df和Dk性质，并首先说明了为什么5G应用中需要用到低Df、Dk以及低热膨胀系数的介电材料。第11章介绍了先进封装技术未来趋势及其组装工艺，主要是未来半导体行业SoC和芯粒发展的趋势。该章还简要讨论了COVID-19对半导体行业的影响。《半导体先进封装技术》服务的主要对象是以下三类专业人员：①对于诸如2D扇出型（先上晶）IC集成、2D倒装IC集成、封装堆叠、系统级封装或异质集成、2D扇出型（后上晶）IC集成、2.1D倒装IC集成、2.1D含互连桥倒装IC集成、2.1D含互连桥扇出IC集成、2.3D扇出型（先上晶）IC集成、2.3D倒装IC集成、2.3D扇出型（后上晶）IC集成、2.5D（焊料凸点）IC集成、2.5D（微凸点）IC集成、微凸点3D IC集成、微凸点芯粒3D IC集成、无凸点3D IC集成以及无凸点芯粒3D IC集成等先进封装感兴趣的专业人员；②在实际生产中遭遇封装问题并想要理解和学习更多解决问题方法的技术人员；③希望为产品选择一个可靠的、创新的、高性能、高密度、低功耗以及性价比高的先进封装方法的专业人士。《半导体先进封装技术》同样也可以作为有志成为微电子、光电子行业未来的管理人员、科学家以及工程师的大学本科生和研究生的教科书。我希望在先进封装技术快速发展的今天，当各位在面临挑战性难题的时候，《半导体先进封装技术》可以为各位提供有价值的参考。我也希望它有助于进一步推动先进封装有关的研发工作，为我们提供更多技术全面的产品。当机构或企业掌握了如何为他们的产品设计并制造先进封装技术的方法时，他们将有望在微电子、光电子行业尽享性能、功能、密度、功率、带宽、品质、尺寸以及重量多方面提升所带来的效益。我十分憧憬《半导体先进封装技术》所提供的内容可以帮助先进封装的发展破除障碍，避免无效的投入，缩短设计、材料、工艺和制造的研发周期。◆ 作者简介：◆刘汉诚（John H.Lau）博士，美国电气电子工程师学会（IEEE）会士、美国机械工程师学会（ASME）会士及国际微电子与封装学会（IMAPS）会士。他曾在美国加利福尼亚州惠普实验室/安捷伦公司担任资深科学家超过25年。他获得了伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校理论和应用力学博士学位；在半导体封装领域拥有40多年的研发和制造经验，研究领域为芯片异构集成、SiP、TSV、扇出型/扇入型晶圆级/板级封装、MEMS、mini/ micro LED、3D IC集成、SMT和焊接力学等；发表500多篇论文，发明30多项专利，举办 300多场讲座，撰写20多部教科书；获得ASME、IEEE、SME等学会颁发的多项荣誉。◆ 译者简介：◆蔡坚，清华大学集成电路学院研究员，IEEE高级会员，现担任中国电子学会电子制造与封装分会理事、国家集成电路封测产业链技术创新战略联盟副理事长及副秘书长、IEEE-EPS北京分会主席、电子元件与技术会议（IEEE-ECTC）技术委员会成员、国际电子封装技术会议（ICEPT）技术委员会共同主席。主要从事先进封装与系统集成技术的研究，承担过多项国家科技重大专项课题。
John H.Lau　　美国加利福尼亚州帕罗奥图

drjiachen

蔡老板威武

ldd-1987

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