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第1章 三维集成技术综述1

1.1简介1

1.1.1三维集成技术分类1

1.1.2三维集成驱动力3

1.2技术描述8

1.2.1三维片上集成8

1.2.2含硅穿孔的三维IC堆栈结构10

1.2.3三维封装31

1.3三维集成技术的主要问题35

1.3.1三维IC堆栈问题35

1.3.2三维封装问题37

1.4结论38

参考文献39

第2章 先进键合/连接技术43

2.1粘胶键合技术43

2.1.1电子工业用胶43

2.1.2粘合剂在电子产品中的应用45

2.1.3新型粘合剂45

2.2直接键合方法47

2.2.1阳极键合47

2.2.2扩散键合48

2.2.3表面活化键合49

2.2.4新型Ag-Cu直接键合50

2.3无铅焊接与键合工艺51

2.3.1基本钎焊工艺51

2.3.2去除锡氧化物的无助焊剂工艺52

2.3.3无氧化无助焊剂钎焊技术53

2.3.4无助焊剂倒装芯片互连技术57

参考文献59

第3章 先进的芯片与基板连接技术63

3.1引言63

3.1.1 ITRS中的倒装芯片连接64

3.1.2 I/O电学模拟65

3.1.3力学模拟68

3.2采用焊料的柔性I/O结构70

3.2.1外围与倒装芯片面阵列结构70

3.2.2使用面阵列焊料I/O的再分布70

3.2.3圆片级柔性I/O71

3.3改善力学性能的焊料帽层结构73

3.4无焊料芯片-基板互连74

3.4.1铜互连75

3.4.2电镀铜柱阵列79

3.4.3柔性金凸点互连80

3.4.4化学镀NiB互连81

3.5芯片与基板连接的未来需求和解决方案82

3.5.1芯片外超高频高带宽运行82

3.5.2满足热管理的微流体互连84

参考文献86

第4章 先进引线键合工艺——材料、方法与测试89

4.1简介89

4.2互连要求93

4.3键合原理95

4.3.1引线键合类型95

4.3.2热压键合96

4.3.3超声键合99

4.3.4热超声键合99

4.3.5其他技术101

4.3.6设备优化101

4.4键合材料102

4.4.1键合引线102

4.4.2焊盘105

4.4.3镀金108

4.4.4焊盘清洗109

4.5测试111

4.6质量保证117

4.7可靠性118

4.7.1金属间化合物119

4.7.2凹坑121

4.8设计（线宽，弧线高度）122

4.9新概念124

4.9.1微间距124

4.9.2软衬底126

4.9.3高频键合128

4.9.4螺栓凸点技术132

4.9.5极高温环境132

4.10总结136

致谢137

参考文献137

第5章 无铅焊接143

5.1全球无铅焊接行动143

5.2主要无铅焊料合金144

5.2.1 SnCu（+掺加剂（如Ni、 Co、 Ce））144

5.2.2 SnAg（+Cu、+Sb、+掺加剂（如Mn、 Ti、 Al、 Ni、 Zn、 Co、 Pt、 P、 Ce））145

5.2.3 SnAg（+Bi、+Cu、+In、+掺加剂）145

5.2.4 SnZn（+Bi）146

5.2.5 BiSn（+Ag）146

5.3无铅焊膏147

5.4无铅焊料表面处理150

5.4.1无铅焊料表面处理类型150

5.4.2表面处理性能151

5.5无铅焊接器件154

5.5.1温度耐受力154

5.5.2湿度敏感等级154

5.6用于无铅焊接的衬底材料155

5.6.1热分解155

5.6.2尺寸稳定性156

5.7无铅回流焊组装156

5.7.1设备157

5.7.2回流曲线157

5.7.3特殊曲线158

5.8无铅波峰焊组装160

5.8.1无铅波峰焊工艺160

5.8.2 PCB设计160

5.8.3设备侵蚀161

5.8.4厚PCB通孔填充161

5.9无铅焊点检查162

5.10无铅焊点返修163

5.10.1手机返修163

5.10.2 BGA返修163

5.11无铅焊点可靠性164

5.11.1微结构164

5.11.2焊点金属间化合物164

5.11.3温度循环167

5.11.4焊点脆性168

5.12总结171

参考文献171

第6章 硅片减薄工艺176

6.1薄硅器件176

6.1.1薄硅片优点176

6.1.2制作薄硅片的基本考虑177

6.2降低圆片厚度178

6.2.1材料去除178

6.2.2研磨过程179

6.2.3薄圆片夹持182

6.3薄圆片机械性能184

6.3.1断裂强度与弹性184

6.3.2表征研磨过程中产生的应力与损伤186

6.3.3圆片减薄限制187

6.4硅片切割188

6.4.1机械划片188

6.4.2激光划片189

6.4.3减薄分割硅片191

6.4.4通过损伤来分割硅片191

6.5薄硅芯片封装192

参考文献193

第7章 先进基板材料与工艺展望195

7.1简介195

7.1.1历史简述：从PCB到基板196

7.2陶瓷基板198

7.3有机基板198

7.3.1两层PBGA基板199

7.3.2四层PBGA基板202

7.3.3六层PBGA基板203

7.3.4高密度互连基板204

7.4载带球栅阵列206

7.5 PBGA基板发展趋势207

7.5.1低成本电介质207

7.5.2低成本焊料掩膜208

7.5.3薄基板、薄电介质208

7.5.4低膨胀电介质209

7.5.5表面处理209

7.6 FCBGA基板212

7.7无芯基板215

7.8特种基板216

7.8.1射频模块基板216

7.8.2具有低介电常数的高性能基板217

7.8.3含嵌入式器件的基板218

参考文献219

第8章 先进印制电路板材料221

8.1介电材料221

8.1.1树脂体系223

8.1.2增强材料226

8.1.3填充料232

8.2导电材料233

8.2.1铜箔233

8.2.2表面涂层236

8.3印制电路板材料电气方面的考量238

8.3.1介电常数239

8.3.2介电损耗242

8.3.3湿度对电气性能的影响243

8.3.4传导损耗244

8.4印制电路板材料可靠性245

8.4.1导孔可靠性246

8.4.2导电阳极丝247

8.4.3球垫坑裂248

8.4.4焊点可靠性248

参考文献249

第9章 倒装芯片底部填充胶材料、工艺与可靠性250

9.1简介250

9.2常见的底部填充材料与工艺252

9.3倒装芯片底部填充封装的可靠性254

9.4底部填充胶面临的新挑战257

9.5不流动底部填充259

9.5.1向不流动底部填充胶中添加二氧化硅填充物的方法262

9.6模塑料底部填充265

9.7圆片级底部填充266

9.8总结270

参考文献271

第10章 用于半导体芯片封装的环氧模塑料发展趋势276

10.1简介276

10.2环氧模塑料介绍277

10.2.1环氧树脂278

10.2.2硬化剂279

10.2.3有机填料279

10.2.4促凝剂280

10.2.5硅烷偶联剂280

10.2.6阻燃剂280

10.2.7其他添加剂281

10.3环氧模塑料成型工艺281

10.4成模特性282

10.5抗湿气回流特性283

10.5.1抗湿气回流特性简介283

10.5.2机理284

10.5.3改善抗湿气回流特性285

10.6改善面阵列封装翘曲289

10.7低k芯片模压方面的挑战290

10.7.1控制应力290

10.7.2有限元模拟研究291

10.7.3 EMC评估292

10.8未来趋势294

参考文献294

第11章 导电胶295

11.1引言295

11.2各向异性导电胶295

11.2.1概述295

11.2.2种类296

11.2.3粘合剂基体297

11.2.4导电填充物297

11.3使用各向异性导电胶的倒装芯片应用298

11.3.1采用凸点的ACA倒装芯片299

11.3.2基于玻璃芯片基板的ACA凸点倒装芯片301

11.3.3基于高频应用的ACA凸点倒装芯片302

11.3.4基于无凸点倒装芯片的ACA302

11.3.5基于CSP和BGA应用的ACA倒装芯片304

11.3.6 SMT应用305

11.3.7失效机理305

11.4各向同性导电胶描述306

11.4.1电学导通的浸透理论306

11.4.2粘合剂基体307

11.4.3导电填充物308

11.5使用各向同性导电胶的倒装芯片应用309

11.5.1工艺310

11.5.2基于金属凸点的倒装芯片连接点312

11.5.3基于无凸点芯片的ICA工艺313

11.6 ICA在微电子封装中的应用313

11.6.1表面组装应用313

11.6.2 ICA连接点高频性能314

11.6.3 ICA连接点疲劳寿命315

11.7提高ICA电导率316

11.7.1消除润滑剂层316

11.7.2增强收缩316

11.7.3瞬态液相填充物316

11.8提高接触电阻稳定性317

11.8.1电阻增大原因317

11.8.2稳定接触电阻方法318

11.9提高抗冲击性能319

11.9.1环氧端基聚亚氨酯体系319

参考文献320

第12章 贴片胶与贴片膜327

12.1贴片材料327

12.1.1电子封装趋势327

12.1.2贴片材料发展趋势329

12.1.3贴片材料要求330

12.1.4贴片膏330

12.1.5 LOC封装胶带331

12.1.6贴片膜332

12.1.7未来的先进贴片膜333

12.2贴片膜发展——用于提高封装抗裂性和先进封装可靠性334

12.2.1介绍334

12.2.2贴片膜主剂设计336

12.2.3具有封装抗裂性的贴片膜337

12.2.4先进封装贴片膜342

参考文献347

第13章 热界面材料350

13.1热界面材料351

13.2导热界面建模最新进展353

13.2.1热导率（kTIM）预测模型355

13.2.2预测热界面材料粘合层厚度（BLT）的流变学模型356

13.2.3填充颗粒体积分数对热界面材料体热阻影响357

13.2.4接触热阻预测模型358

13.3聚合物热界面材料可靠性360

13.4合金焊料热界面材料362

13.5基于纳米技术的热界面材料362

13.6热界面材料性能表征363

13.7前景展望364

参考文献365

第14章 嵌入式无源元件368

14.1嵌入式电感368

14.1.1引言368

14.1.2磁性电感器建模与设计考虑372

14.1.3嵌入式封装体上和芯片上电感器——实验与分析376

14.1.4嵌入式磁电感器未来的发展方向382

14.2嵌入式电容器384

14.2.1嵌入式电容器的电介质选择384

14.2.2新概念与当前发展趋势387

14.2.3小结390

14.3嵌入式电阻391

14.3.1前言391

14.3.2技术障碍391

14.3.3电阻基础393

14.3.4材料与加工技术394

14.3.5射频产品中LCP上的薄膜电阻397

14.3.6小结398

致谢398

参考文献399

第15章 纳米材料与纳米封装404

15.1纳米封装——微电子封装中的纳米科技404

15.1.1简介404

15.1.2纳米颗粒405

15.1.3其他纳米研究主题406

15.2纳米焊料407

15.3 CNT411

15.3.1介绍411

15.3.2 CNT用于电气互连411

15.3.3 CNT用于散热412

15.3.4微系统与CNT集成413

15.3.5总结及未来需求415

15.4纳米发电机——原理、制作及封装415

15.4.1简介415

15.4.2采用Zn0纳米线的纳米发电机416

15.4.3 Zn0纳米阵列的定向生长423

15.4.4纳米发动机组装与封装428

15.4.5总结432

参考文献432

第16章 圆片级芯片尺寸封装440

16.1简介440

16.2圆片级芯片尺寸封装定义440

16.3用于凸点与再分配技术的材料与工艺443

16.3.1圆片凸点制作金属444

16.4无源器件集成材料477

参考文献481

第17章 微机电系统与封装484

17.1简介484

17.2 MEMS封装486

17.3用于封装的MEMS器件493

17.4用于制造MEMS的封装495

17.5机遇与主要挑战497

17.6结论502

致谢502

参考文献503

第18章LED和光学器件封装与材料506

18.1背景506

18.1.1绪论506

18.1.2大功率LED封装材料挑战与解决方案508

18.1.3热稳定和紫外稳定（长寿命）塑封材料510

18.1.4应力与脱层511

18.1.5可靠性与寿命512

18.2封装功能512

18.2.1塑封与保护513

18.2.2出光效率513

18.2.3光学516

18.2.4电连接517

18.2.5散热517

18.3 LED与光电器件封装材料518

18.3.1标准LED塑封材料518

18.3.2大功率LED塑封材料529

18.3.3光学透镜材料534

18.3.4光学芯片键合材料535

18.3.5大功率LED用PCB材料536

18.4材料、LED性能与可靠性540

致谢542

参考文献542

第19章 数字健康与生物医学封装546

19.1简介546

19.2保健发展趋势——医疗器件和电子封装的机遇与挑战546

19.2.1保健趋势与主要驱动力546

19.2.2保健趋势对电子封装机遇与挑战影响的意义547

19.3植入式医疗器件的外部封装548

19.3.1生物气密性548

19.3.2电学兼容性548

19.3.3机械要求549

19.3.4电学通路549

19.3.5内部封装550

19.3.6软错误与单一事件不适552

19.4医疗器件探头552

19.4.1探头评述552

19.4.2探头连接器553

19.4.3导体554

19.4.4绝缘555

19.4.5电极556

19.5植入式生物医学传感器557

19.5.1植入式传感器综述557

19.5.2用于诊断肠胃的传感器558

19.5.3植入式压力传感器559

19.5.4用于失眠症的植入式传感器560

19.5.5用于脊椎矫正的植入式传感器561

19.5.6植入式葡萄糖传感器561

19.6芯片诊断传感器——机遇与挑战562

19.6.1介绍562

19.6.2微系统、生物MEMS和生物芯片563

19.6.3传感器技术平台563

19.6.4生物芯片封装问题与挑战566

参考文献567