晶圓級(jí)芯片封裝技術(shù)

譯者序
原書前言
致謝
作者簡(jiǎn)介
第1章　晶圓級(jí)芯片模擬和功率器件封裝的需求和挑戰(zhàn) 1
1.1　模擬和功率WLCSP需求 1
1.2　芯片收縮影響 2
1.2.1　芯片收縮產(chǎn)生的影響 2
1.2.2　晶圓級(jí)片上系統(tǒng)與系統(tǒng)級(jí)封裝 3
1.3　扇入與扇出 3
1.4　功率WLCSP開發(fā) 4
1.4.1　與常規(guī)分立功率封裝相比的晶圓級(jí)MOSFET 4
1.4.2　更高的載流能力 5
1.4.3　低Rds （on）電阻和更好的熱性能 6
1.4.4　功率IC封裝的發(fā)展趨勢(shì) 7
1.4.5　晶圓級(jí)無源器件的發(fā)展趨勢(shì) 8
1.4.6　晶圓級(jí)堆疊/3D功率芯片SiP 8
1.5　總結(jié) 10
參考文獻(xiàn) 10
第2章　扇入型WLCSP 12
2.1　扇入型WLCSP簡(jiǎn)介 12
2.2　WLCSP凸點(diǎn)技術(shù) 13
2.3　WLCSP 凸點(diǎn)工藝和成本考慮 14
2.4　WLCSP 的可靠性要求 16
2.5　跌落測(cè)試中的應(yīng)力 17
2.6　TMCL 中的應(yīng)力 18
2.7　高可靠性WLCSP設(shè)計(jì) 19
2.8　用于精確可靠性評(píng)估的測(cè)試芯片設(shè)計(jì) 19
2.9　BoP設(shè)計(jì)規(guī)則 25
2.10　RDL設(shè)計(jì)規(guī)則 28
2.11　總結(jié) 31
參考文獻(xiàn) 31
第3章　扇出型WLCSP 32
3.1　扇出型WLCSP簡(jiǎn)介 32
3.2　高產(chǎn)扇出模式的形成 37
3.3　再分布芯片封裝和嵌入式晶圓級(jí)球柵陣列 38
3.4　扇出型WLCSP的優(yōu)勢(shì) 38
3.5　扇出型WLCSP的挑戰(zhàn) 39
3.6　扇出型WLCSP的可靠性 45
3.7　扇出型設(shè)計(jì)規(guī)則 46
3.8　扇出型WLCSP的未來 47
參考文獻(xiàn) 51
第4章　可堆疊的晶圓級(jí)模擬芯片封裝 52
4.1　引言 52
4.2　多芯片模塊封裝 53
4.3　疊片封裝和疊層封裝 55
4.4　三維集成電路（3D IC） 58
4.4.1　硅通孔（TSV） 59
4.4.2　TSV的形成 60
4.4.3　先通孔、后通孔和中通孔 62
4.4.4　TSV填充 63
4.4.5　3D IC鍵合 64
4.4.6　TSV 3D IC集成 65
4.5　晶圓級(jí)3D集成 66
4.5.1　3D MEMS和傳感器WLCSP 67
4.6　嵌入式WLCSP 70
4.7　總結(jié) 71
參考文獻(xiàn) 72
第5章　晶圓級(jí)分立式功率MOSFET封裝設(shè)計(jì) 74
5.1　分立式功率WLCSP的介紹與發(fā)展趨勢(shì) 74
5.2　分立式功率WLCSP設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 75
5.2.1　典型的分立式功率WLCSP設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 76
5.2.2　功率MOSFET BGA 76
5.2.3　在分立式功率WLCSP中將MOSFET漏極移到前側(cè) 78
5.3　晶圓級(jí)MOSFET的直接漏極設(shè)計(jì) 78
5.3.1　直接漏極VDMOSFET WLCSP的構(gòu)建 79
5.3.2　直接漏極VDMOSFET WLCSP的其他結(jié)構(gòu) 79
5.4　帶有銅柱凸點(diǎn)的功率VDMOSFET WLCSP 80
5.4.1　在功率WLCSP上進(jìn)行銅柱凸點(diǎn)構(gòu)建 80
5.4.2　銅柱凸點(diǎn)過程中鋁層下的BPSG剖面 81
5.5　帶嵌入式WLCSP的3D功率模塊 87
5.5.1　引言 87
5.5.2　嵌入式WLCSP模塊 89
5.5.3　可靠性測(cè)試 90
5.5.4　討論 95
5.6　總結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第6章　用于模擬和功率集成解決方案的晶圓級(jí)TSV/堆疊芯片封裝 97
6.1　模擬和功率集成的設(shè)計(jì)理念 97
6.2　模擬和功率SoC WLCSP 101
6.2.1　模擬和功率SoC WLCSP設(shè)計(jì)布局 101
6.2.2　焊點(diǎn)應(yīng)力和可靠性分析 102
6.3　帶TSV的晶圓級(jí)功率堆疊芯片3D封裝 104
6.3.1　晶圓級(jí)功率堆疊芯片封裝的設(shè)計(jì)理念 104
6.3.2　熱分析 105
6.3.3　組裝過程中的應(yīng)力分析 107
6.4　用于模擬和功率集成的晶圓級(jí)TSV/堆疊芯片概念 118
6.5　帶有有源和無源芯片的集成功率封裝 119
6.6　總結(jié) 120
參考文獻(xiàn) 120
第7章　WLCSP的熱管理、設(shè)計(jì)和分析 121
7.1　熱阻及其測(cè)量方法 121
7.1.1　熱阻的概念 121
7.1.2　結(jié)溫敏感參數(shù)法 122
7.1.3　熱阻測(cè)量 124
7.1.4　熱阻測(cè)量環(huán)境：結(jié)-環(huán)境熱阻 124
7.2　WLCSP導(dǎo)熱測(cè)試板 125
7.2.1　低效導(dǎo)熱測(cè)試板 127
7.2.2　高效導(dǎo)熱測(cè)試板 127
7.2.3　WLCSP的典型JEDEC板 127
7.3　WLCSP的熱分析與管理 128
7.3.1　參數(shù)化模型的構(gòu)建 128
7.3.2　參數(shù)化模型的應(yīng)用 132
7.3.3　熱仿真分析 133
7.4　WLCSP的瞬態(tài)熱分析 137
7.4.1　4×5 WLCSP的概述和瞬態(tài)材料特性 137
7.5　總結(jié) 140
參考文獻(xiàn) 141
第8章　模擬和功率WLCSP的電氣和多物理仿真 142
8.1　電氣仿真方法：提取電阻、電感和電容 142
8.1.1　提取電感和電阻 142
8.1.2　電容提取方法 148
8.2　扇出型模制芯片級(jí)封裝的電氣仿真 154
8.2.1　MCSP簡(jiǎn)介 154
8.2.2　帶GGI工藝的40引腳MCSP的RLC仿真 155
8.2.3　引線鍵合MCSP及其與GGI型MCSP的電氣性能比較 155
8.3　0.18μm晶圓級(jí)功率技術(shù)的電遷移預(yù)測(cè)和測(cè)試 164
8.3.1　簡(jiǎn)介 164
8.3.2　電遷移模型的建立 164
8.3.3　電遷移晶圓級(jí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試 165
8.3.4　有限元仿真 167
8.3.5　討論 175
8.4　模擬無鉛焊點(diǎn)中微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電遷移的影響 175
8.4.1　簡(jiǎn)介 175
8.4.2　遷移的直接積分法 176
8.4.3　WLCSP中焊料凸點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)的有限元分析建模 177
8.4.4　仿真結(jié)果與討論 180
8.4.5　討論 185
8.5　總結(jié) 185
參考文獻(xiàn) 185
第9章　WLCSP 組裝 187
9.1　引言 187
9.2　PCB 設(shè)計(jì) 188
9.2.1　SMD和NSMD 188
9.2.2　焊盤尺寸 189
9.2.3　PCB焊盤表面處理 189
9.2.4　WLCSP 下的通孔 190
9.2.5　局部靶標(biāo) 190
9.2.6　PCB材料 191
9.2.7　PCB布線和銅覆蓋 192
9.3　鋼網(wǎng)和焊錫膏 192
9.3.1　通用鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)指南 192
9.3.2　焊錫膏 193
9.4　器件放置 193
9.4.1　取放流程 194
9.4.2　定位精度 194
9.4.3　噴嘴和送料器 195
9.4.4　高速表面貼裝注意事項(xiàng) 195
9.4.5　定位精度要求 196
9.4.6　放置原則選項(xiàng) 196
9.4.7　視覺系統(tǒng) 197
9.4.8　算法 197
9.4.9　送料和助焊劑 198
9.4.10　總結(jié) 198
9.5　回流焊 198
9.5.1　預(yù)熱區(qū) 199
9.5.2　保溫 200
9.5.3　回流 200
9.5.4　冷卻 201
9.5.5　回流爐 201
9.5.6　WLCSP回流 201
9.5.7　無鉛（Sn–Ag–Cu）焊料的回流曲線和關(guān)鍵參數(shù) 202
9.5.8　雙面 SMT 203
9.5.9　回流后檢驗(yàn) 203
9.5.10　助焊劑清潔 204
9.5.11　返工 204
9.5.12　底部填充 205
9.5.13　WLSCP 底層填充工藝要求 205
9.6　WLCSP儲(chǔ)存和保質(zhì)期 206
9.7　總結(jié) 207
參考文獻(xiàn) 207
第10章　WLCSP典型可靠性和測(cè)試 208
10.1　WLCSP可靠性測(cè)試概述 208
10.1.1　可靠性壽命 208
10.1.2　失效率 208
10.1.3　模擬和功率WLCSP的典型可靠性測(cè)試 210
10.2　WLCSP焊球剪切性能和失效模式 213
10.2.1　引言 213
10.2.2　測(cè)試程序和試樣 214
10.2.3　沖擊測(cè)試的實(shí)驗(yàn)研究 215
10.2.4　基于FEM的仿真與分析 216
10.2.5　討論 221
10.3　WLCSP組裝回流工藝和PCB設(shè)計(jì)的可靠性 223
10.3.1　引言 223
10.3.2　3種PCB設(shè)計(jì)及其FEA模型 224
10.3.3　仿真結(jié)果 228
10.3.4　討論和改進(jìn)計(jì)劃 230
10.4　WLCSP板級(jí)跌落測(cè)試 234
10.4.1　引言 234
10.4.2　WLCSP跌落測(cè)試和模型設(shè)置 234
10.4.3　不同設(shè)計(jì)變量的跌落沖擊仿真/測(cè)試及討論 237
10.4.4　跌落測(cè)試 239
10.4.5　討論 241
10.5　WLCSP可靠性設(shè)計(jì) 241
10.5.1　引言 241
10.5.2　有限元模型設(shè)置 242
10.5.3　跌落測(cè)試和熱循環(huán)仿真結(jié)果 243
10.5.4　跌落測(cè)試和熱循環(huán)測(cè)試 253
10.5.5　討論 257
10.6　總結(jié) 257
參考文獻(xiàn) 258