先进电子封装技术

第1章概论1 1.1引言1 1.2摩尔定律对硅技术的影响2 1.35G技术和AI应用3 1.4三维集成电路封装技术5 1.5可靠性科学与工程9 1.6电子封装技术的未来10 1.7全书概要11 参考文献11 第1部分13 第2章电子封装中的Cu-Cu键合与互连技术14 2.1引言14 2.2引线键合15 2.3载带自动键合17 2.4倒装芯片焊点键合19 2.5微凸块键合23 2.6铜-铜直接键合26 2.6.1铜-铜键合的关键因素26 2.6.2铜-铜键合机理分析28 2.6.3铜-铜键合界面的微观结构33 2.7混合键合37 2.8可靠性——电迁移和温度循环测试39 问题40 参考文献41 第3章随机取向和（111）取向的纳米孪晶铜45 3.1引言45 3.2纳米孪晶铜的形成机理46 3.3纳米孪晶沉积过程中应力演化的原位测量49 3.4随机取向纳米孪晶铜的电沉积50 3.5单向（111）取向纳米孪晶铜的形成52 3.6［111］取向纳米孪晶铜中的晶粒生长55 3.7（111）取向纳米孪晶铜上微凸块中η-Cu6Sn5的单向生长57 3.8使用［111］取向纳米孪晶铜的低热预算Cu-Cu键合58 3.9用于扇出封装和3D IC集成的纳米孪晶铜重布线层61 问题63 参考文献64 第4章铜和焊料间的固-液界面扩散（SLID）反应68 4.1引言68 4.2SLID中扇贝状IMC生长动力学70 4.3单尺寸半球生长简单模型71 4.4通量驱动的熟化理论73 4.5两个扇贝间的纳米通道宽度测量75 4.6扇贝状Cu6Sn5在SLID中的极速晶粒生长76 问题77 参考文献77 第5章铜与焊料之间的固态反应78 5.1引言78 5.2固态相变中IMC的层状生长79 5.3瓦格纳扩散系数82 5.4Cu3Sn中柯肯达尔空洞的形成83 5.5微凸块中形成多孔Cu3Sn的侧壁效应84 5.6表面扩散对柱状微凸块中IMC形成的影响89 问题91 参考文献92 第2部分93 第6章集成电路与封装设计的本质94 6.1引言94 6.2晶体管和互连缩放96 6.3电路设计和LSI97 6.4片上系统（SoC）和多核架构101 6.5系统级封装（SiP）和封装技术演进102 6.63D IC集成与3D硅集成105 6.7异构集成简介106 问题106 参考文献107 第7章性能、功耗、热管理和可靠性108 7.1引言108 7.2场效应晶体管和存储器基础知识109 7.3性能：早期IC设计中的竞争112 7.4低功耗趋势114 7.5性能和功耗的权衡115 7.6电源传输网络和时钟分配网络116 7.7低功耗设计架构117 7.8IC和封装中的热问题120 7.9信号完整性和电源完整性（SI/PI）121 7.10稳定性：可靠性和可变性123 问题124 参考文献124 第8章2.5D/3D系统级封装集成126 8.1引言126 8.22.5D IC：重布线层和TSV-转接板127 8.32.5D IC：硅、玻璃和有机基板128 8.42.5D IC：在硅转接板互连HBM129 8.53D IC：高性能计算面临的内存带宽挑战130 8.63D IC：电气TSV与热TSV132 8.73D IC：3D堆叠内存和集成内存控制器133 8.8现代芯片/小芯片的创新封装134 8.93D IC集成的电源分配136 8.10挑战与趋势137 问题138 参考文献138 第3部分140 第9章电子封装技术中的不可逆过程141 9.1引言141 9.2开放系统中的流动143 9.3熵增144 9.3.1电传导145 9.3.2原子扩散148 9.3.3热传导149 9.3.4温度变化时的共轭力149 9.4不可逆过程中的交互效应150 9.5原子扩散与导电之间的交互效应151 9.6热迁移中的不可逆过程154 9.7热传导与电传导之间的交互效应157 9.7.1塞贝克效应158 9.7.2珀耳帖效应159 问题159 参考文献160 第10章电迁移161 10.1引言161 10.2原子扩散与导电的参数比较162 10.3电迁移基础163 10.3.1电子风力164 10.3.2有效电荷数计算165 10.3.3原子通量发散诱发的电迁移损伤166 10.3.4电迁移中的背应力167 10.4三维电路中的电流拥挤与电迁移169 10.4.1低电流密度区域的空洞形成171 10.4.2电迁移中的电流密度梯度力173 10.4.3倒装芯片焊点中电流拥挤诱导的薄饼状空洞形成176 10.5焦耳热与热耗散177 10.5.1焦耳热与电迁移178 10.5.2焦耳热对电迁移中平均失效时间的影响179 问题179 参考文献179 第11章热迁移181 11.1引言181 11.2热迁移的驱动力181 11.3传输热分析182 11.4相邻通电和未通电焊点间由于热传输引起的热迁移184 问题186 参考文献186 第12章应力迁移187 12.1引言187 12.2应力作用下固体中的化学势187 12.3薄膜中双轴应力的Stoney方程189 12.4扩散蠕变193 12.5室温下锡晶须的自发生长195 12.5.1晶须的形态学195 12.5.2锡晶须生长驱动力的测量197 12.5.3锡晶须的生长动力学199 12.5.4焊点中电迁移引起的锡晶须生长200 12.6电迁移、热迁移和应力迁移中驱动力的比较201 问题203 参考文献203 第13章失效分析205 13.1引言205 13.2晶格移位与否导致的微观结构变化207 13.3失效统计分析209 13.3.1用于电迁移MTTF的Black方程209 13.3.2威布尔分布函数和JMA相变理论211 13.4电迁移、热迁移和应力迁移MTTF的统一模型212 13.4.1重新审视电迁移MTTF的Black方程212 13.4.2热迁移MTTF213 13.4.3应力迁移MTTF213 13.4.4电迁移、热迁移与应力迁移MTTF之间的联系213 13.4.5开放系统中其他不可逆过程的MTTF 方程214 13.5移动技术中的失效分析214 13.5.12.5D IC技术中薄弱环节的焦耳热增强电迁移失效214 13.5.22.5D IC技术中热串扰导致焦耳热引起的热迁移失效218 问题220 参考文献220 第14章电子封装可靠性中的人工智能222 14.1引言222 14.2事件的时间无关性转化222 14.3从平均微观结构变化到失效推导MTTF224 14.4小结224