芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝

前言第1章　先進(jìn)封裝技術(shù)前沿 11.1　引言 11.2　倒裝芯片凸點(diǎn)成型及鍵合/組裝 41.2.1　倒裝芯片凸點(diǎn)成型 41.2.2　倒裝芯片鍵合/組裝 51.3　混合鍵合 61.3.1　混合鍵合的一些基本原理 61.3.2　索尼的CMOS圖像傳感器（CIS）混合鍵合 61.3.3　臺(tái)積電的混合鍵合 91.3.4　英特爾的混合鍵合 91.3.5　SK海力士的混合鍵合 111.4　2D IC集成 121.5　2.1D IC集成 131.5.1　封裝基板上的薄膜層 131.5.2　嵌入有機(jī)封裝基板的精細(xì)金屬線(xiàn)寬/線(xiàn)距RDL橋 151.5.3　嵌入扇出型環(huán)氧模塑料（EMC）的精細(xì)金屬線(xiàn)寬/線(xiàn)距RDL橋 161.5.4　精細(xì)金屬線(xiàn)寬/線(xiàn)距RDL柔性橋 181.6　2.3D IC集成 181.6.1　SAP/PCB方法 191.6.2　先上晶扇出型方法 211.6.3　后上晶扇出型方法 211.7　2.5D IC集成 241.7.1　AMD/聯(lián)電的2.5D IC集成 241.7.2　英偉達(dá)/臺(tái)積電的2.5D IC集成 251.7.3　2.5D IC集成的一些近期進(jìn)展 261.8　3D IC集成 281.8.1　3D IC封裝（無(wú)TSV） 281.8.2　3D IC集成（有TSV） 311.9　芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 341.9.1　片上系統(tǒng)（SoC） 341.9.2　芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝方法 351.9.3　芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 381.9.4　賽靈思的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 381.9.5　AMD的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 381.9.6　CEA-Leti的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 411.9.7　英特爾的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 411.9.8　臺(tái)積電的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 431.10　扇入型封裝 441.10.1　6面模塑的晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（WLCSP） 441.10.2　WLCSP的可靠性：常規(guī)型與6面模塑型 461.11　扇出型封裝 481.12　先進(jìn)封裝中的介質(zhì)材料 521.12.1　為什么需要低Dk和低Df的介質(zhì)材料 521.12.2　為什么需要低熱膨脹系數(shù)的介質(zhì)材料 521.13　總結(jié)和建議 53參考文獻(xiàn) 57第2章　芯片分區(qū)異質(zhì)集成和芯片切分異質(zhì)集成 892.1　引言 892.2　DARPA在芯粒異質(zhì)集成方面所做的努力 892.3　片上系統(tǒng)（SoC） 902.4　芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝方法 922.5　芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 942.6　賽靈思的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 952.7　AMD的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 962.8　英特爾的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 1012.9　臺(tái)積電的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 1082.10　Graphcore的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 1112.11　CEA-Leti的芯粒設(shè)計(jì)與異質(zhì)集成封裝 1122.12　通用芯?；ヂ?lián)技術(shù)（UCIe） 1142.13　總結(jié)和建議 114參考文獻(xiàn) 114第3章　基于TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1213.1　引言 1213.2　硅通孔（TSV） 1223.2.1　片上微孔 1233.2.2　TSV（先通孔工藝） 1233.2.3　TSV（中通孔工藝） 1243.2.4　TSV（正面后通孔工藝） 1243.2.5　TSV（背面后通孔工藝） 1253.3　無(wú)源TSV轉(zhuǎn)接板與有源TSV轉(zhuǎn)接板 1263.4　有源TSV轉(zhuǎn)接板的制備 1263.5　基于有源TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（3D IC集成） 1263.5.1　UCSB/AMD的基于有源TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1263.5.2　英特爾的基于有源TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1263.5.3　AMD的基于有源TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1293.5.4　CEA-Leti的基于有源TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1303.6　無(wú)源TSV轉(zhuǎn)接板的制作 1303.6.1　TSV的制作 1303.6.2　RDL的制作 1313.6.3　RDL的制作：聚合物與電鍍銅及刻蝕方法 1323.6.4　RDL的制作：SiO2與銅大馬士革電鍍及CMP方法 1343.6.5　關(guān)于銅大馬士革電鍍工藝中接觸式光刻的提示 1353.6.6　背面處理及組裝 1373.7　基于無(wú)源TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（2.5D IC集成） 1393.7.1　CEA-Leti的SoW（晶上系統(tǒng)） 1393.7.2　臺(tái)積電的CoWoS（基板上晶圓上芯片） 1393.7.3　賽靈思/臺(tái)積電的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1403.7.4　Altera/臺(tái)積電的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1423.7.5　AMD/聯(lián)電的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1423.7.6　英偉達(dá)/臺(tái)積電的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1443.7.7　臺(tái)積電含深槽電容（DTC）的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1443.7.8　三星帶有集成堆疊電容（ISC）的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1463.7.9　Graphcore的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1473.7.10　富士通的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1473.7.11　三星的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（I-Cube4） 1473.7.12　三星的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（H-Cube） 1493.7.13　三星的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（MIoS） 1493.7.14　IBM的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（TCB） 1493.7.15　IBM的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（混合鍵合） 1513.7.16　EIC及PIC的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（二維并排型） 1523.7.17　EIC及PIC的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成（三維堆疊型） 1523.7.18　Fraunhofer基于玻璃轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1533.7.19　富士通基于玻璃轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1533.7.20　Dai Nippon/AGC基于玻璃轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1553.7.21　GIT基于玻璃轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1553.7.22　漢諾威萊布尼茨大學(xué)/烏爾姆大學(xué)的化學(xué)鍍玻璃轉(zhuǎn)接板 1553.7.23　總結(jié)和建議 1563.8　基于堆疊TSV轉(zhuǎn)接板的異質(zhì)集成 1583.8.1　模型建立 1583.8.2　熱力設(shè)計(jì) 1583.8.3　支撐片制作 1613.8.4　薄晶圓夾持 1633.8.5　模塊組裝 1643.8.6　模塊可靠性評(píng)估 1653.8.7　總結(jié)和建議 1673.9　基于TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1673.9.1　基本結(jié)構(gòu) 1673.9.2　TSV刻蝕及CMP 1703.9.3　熱測(cè)量 1733.9.4　薄晶圓夾持 1733.9.5　微凸點(diǎn)成型、C2W組裝和可靠性評(píng)估 1753.9.6　20μm節(jié)距微焊點(diǎn)的失效機(jī)理 1783.9.7　微焊點(diǎn)中的電遷移 1783.9.8　最終結(jié)構(gòu) 1803.9.9　漏電流問(wèn)題 1803.9.10　結(jié)構(gòu)的熱仿真及測(cè)量 1853.9.11　總結(jié)和建議 1863.10　基于TSV轉(zhuǎn)接板雙面集成芯片的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 1873.10.1　基本結(jié)構(gòu) 1873.10.2　熱分析——邊界條件 1893.10.3　熱分析——TSV等效模型 1903.10.4　熱分析——焊料凸點(diǎn)/底部填充料等效模型 1903.10.5　熱分析——結(jié)果 1913.10.6　熱力分析——邊界條件 1933.10.7　熱力分析——材料屬性 1933.10.8　熱力分析—結(jié)果 1943.10.9　TSV的制作 1963.10.10　轉(zhuǎn)接板頂面RDL的制作 2003.10.11　含有頂面RDL的填銅轉(zhuǎn)接板的露銅 2013.10.12　轉(zhuǎn)接板底面RDL的制作 2013.10.13　轉(zhuǎn)接板的無(wú)源電學(xué)特性 2043.10.14　最終組裝 2053.10.15　總結(jié)和建議 2083.11　基于硅穿孔（TSH）的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 2083.11.1　電學(xué)仿真及結(jié)果 2093.11.2　測(cè)試結(jié)構(gòu) 2113.11.3　含UBM/ 焊盤(pán)和銅柱凸點(diǎn)的頂部芯片 2133.11.4　含UBM/焊盤(pán)/焊料的底部芯片 2143.11.5　TSH轉(zhuǎn)接板 2163.11.6　最終組裝 2163.11.7　可靠性評(píng)估 2183.11.8　總結(jié)和建議 223參考文獻(xiàn) 223第4章　基于無(wú)TSV轉(zhuǎn)接板的多系統(tǒng)和異質(zhì)集成 2354.1　引言 2354.2　扇出型技術(shù) 2384.2.1　先上晶且面朝下 2384.2.2　先上晶且面朝上 2404.2.3　芯片偏移問(wèn)題 2414.2.4　翹曲問(wèn)題 2414.2.5　后上晶（先RDL） 2424.2.6　EIC和PIC器件的異質(zhì)集成 2454.2.7　封裝天線(xiàn)（AiP） 2454.3　專(zhuān)利問(wèn)題 2474.4　基于扇出型（先上晶）封裝的2.3D IC集成 2474.4.1　扇出型（先上晶）封裝 2474.4.2　星科金朋的2.3D eWLB（先上晶） 2474.4.3　聯(lián)發(fā)科的扇出型（先上晶） 2484.4.4　日月光的FOCoS（先上晶） 2484.4.5　臺(tái)積電的InFO_oS和InFO_MS（先上晶） 2494.5　基于扇出型（后上晶）封裝的2.3D IC集成 2504.5.1　NEC/瑞薩電子的扇出型（后上晶或先RDL）封裝 2504.5.2　Amkor的SWIFT（后上晶） 2504.5.3　三星的無(wú)硅RDL 轉(zhuǎn)接板（后上晶） 2504.5.4　臺(tái)積電的多層RDL轉(zhuǎn)接板（后上晶） 2524.5.5　日月光的FOCoS（后上晶） 2524.5.6　矽品科技的大尺寸扇出型后上晶2.3D 2554.5.7　Shinko的2.3D有機(jī)轉(zhuǎn)接板（后上晶） 2554.5.8　三星的高性?xún)r(jià)比2.3D封裝（后上晶） 2574.5.9　欣興電子的2.3D IC集成（后上晶） 2574.6　其他的2.3D IC集成結(jié)構(gòu) 2594.6.1　Shinko的無(wú)芯有機(jī)轉(zhuǎn)接板 2594.6.2　英特爾的Knights Landing 2594.6.3　思科的無(wú)芯有機(jī)轉(zhuǎn)接板 2604.6.4　Amkor的SLIM 2604.6.5　賽靈思/矽品科技的SLIT 2624.6.6　矽品科技的NTI 2624.6.7　三星的無(wú)TSV轉(zhuǎn)接板 2624.7　總結(jié)和建議 2644.8　基于ABF的2.3D IC異質(zhì)集成 2654.8.1　基本結(jié)構(gòu) 2654.8.2　測(cè)試芯片 2674.8.3　晶圓凸點(diǎn)成型 2684.8.4 　精細(xì)金屬線(xiàn)寬/線(xiàn)距/線(xiàn)高的RDL基板（有機(jī)轉(zhuǎn)接板） 2684.8.5　積層封裝基板 2714.8.6　翹曲測(cè)量 2714.8.7　混合基板 2734.8.8　最終組裝 2754.8.9　有限元仿真及結(jié)果 2754.8.10　總結(jié)和建議 2814.9　基于互連層的2.3D IC集成 2814.9.1　基本結(jié)構(gòu) 2814.9.2　測(cè)試芯片 2824.9.3　精細(xì)金屬線(xiàn)寬/線(xiàn)距RDL轉(zhuǎn)接板 2824.9.4　互連層 2874.9.5　高密度互連（HDI）印制電路板（PCB） 2884.9.6　混合轉(zhuǎn)接板的最終組裝 2884.9.7　混合基板的特性 2894.9.8　最終組裝 2914.9.9　可靠性評(píng)估 2914.9.10　總結(jié)和建議 2994.10　2.3D IC異質(zhì)集成中的低損耗介質(zhì)材料的表征 3004.10.1　為什么需要低損耗介質(zhì)材料 3004.10.2　原材料及其數(shù)據(jù)表 3014.10.3　樣品準(zhǔn)備 3024.10.4　法布里-珀羅開(kāi)放式諧振腔（FPOR） 3044.10.5　使用Polar和ANSYS設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)構(gòu) 3094.10.6　測(cè)試結(jié)構(gòu)制備 3114.10.7　時(shí)域反射儀（TDR）測(cè)量及結(jié)果 3134.10.8　有效介電常數(shù)（εeff） 3144.10.9　矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）測(cè)量及基于仿真結(jié)果的校正 3154.10.10　總結(jié)和建議 318參考文獻(xiàn) 318第5章　芯粒間的橫向通信 3315.1　引言 3315.2　剛性橋與柔性橋 3335.3　英特爾的EMIB 3335.3.1　EMIB技術(shù)的焊料凸點(diǎn) 3355.3.2　EMIB基板的制備 3355.3.3　EMIB的鍵合挑戰(zhàn) 3365.4　IBM的DBHi 3375.4.1　DBHi的焊料凸點(diǎn) 3375.4.2　DBHi的鍵合組裝 3385.4.3　DBHi的底部填充 3425.4.4　DBHi的主要挑戰(zhàn) 3445.5　舍布魯克大學(xué)/IBM的自對(duì)準(zhǔn)橋 3445.5.1　自對(duì)準(zhǔn)橋V形槽開(kāi)口的工藝流程 3455.5.2　測(cè)試結(jié)果 3485.5.3　自對(duì)準(zhǔn)橋的主要挑戰(zhàn) 3485.6　扇出型封裝剛性橋的專(zhuān)利 3485.7　臺(tái)積電的LSI 3505.8　矽品科技的FO-EB和FO-EB-T 3505.8.1　FO-EB 3515.8.2　FO-EB-T 3545.9　日月光的sFOCoS 3555.9.1　sFOCoS的基本結(jié)構(gòu)及工藝流程 3555.9.2　FOCoS-CL的基本結(jié)構(gòu)及工藝流程 3565.9.3　sFOCoS、FOCoS-CL之間的可靠性及翹曲比較 3575.10　Amkor的S-Connect 3585.10.1　含硅橋的S-Connect 3595.10.2　含模塑RDL橋的S-Connect 3605.11　IME的EFI 3615.11.1　EFI的工藝流程 3615.11.2　EFI的熱學(xué)性能 3635.12　imec的硅橋 3635.12.1　imec硅橋的基本結(jié)構(gòu) 3645.12.2　imec硅橋的工藝流程 3645.12.3　imec硅橋的主要挑戰(zhàn) 3655.13　UCIe聯(lián)盟 3655.14　柔性橋 3675.15　欣興電子的混合鍵合橋 3675.15.1　封裝基板上含C4凸點(diǎn)的混合鍵合橋 3685.15.2　芯粒晶圓上含C4凸點(diǎn)的混合鍵合橋 3685.16　總結(jié)和建議 369參考文獻(xiàn) 370第6章　銅-銅混合鍵合 3736.1　引言 3736.2　直接銅-銅熱壓鍵合 3736.2.1　直接銅-銅熱壓鍵合的一些基本原理 3736.2.2　IBM/RPI的銅-銅熱壓鍵合 3756.3　直接SiO2-SiO2熱壓鍵合 3756.3.1　SiO2-SiO2熱壓鍵合的一些基本原理 3756.3.2　麻省理工學(xué)院的SiO2-SiO2熱壓鍵合 3776.3.3　Leti/飛思卡爾/意法半導(dǎo)體的SiO2-SiO2熱壓鍵合 3776.4　銅-銅混合鍵合歷史的簡(jiǎn)要介紹 3796.5　銅-銅混合鍵合的一些基本原理 3796.6　索尼的直接銅-銅混合鍵合 3816.6.1　索尼的CIS氧化物-氧化物熱壓鍵合 3816.6.2　索尼的CIS銅-銅混合鍵合 3846.6.3　索尼的三片晶圓混合鍵合 3866.6.4　索尼W2W混合鍵合的鍵合強(qiáng)度 3876.7　SK海力士的銅-銅混合鍵合 3886.7.1　面向DRAM應(yīng)用的混合鍵合 3886.7.2　鍵合良率的提升 3906.8　三星的銅-銅混合鍵合 3906.8.1　混合鍵合的特性 3906.8.2　焊盤(pán)結(jié)構(gòu)和版圖對(duì)混合鍵合的影響 3916.8.3　銅-銅混合鍵合的空洞 3926.8.4　12層存儲(chǔ)器堆疊的CoW混合鍵合 3936.9　TEL的銅-銅混合鍵合 3966.9.1　混合鍵合的仿真 3966.9.2　銅的濕法原子層刻蝕 3976.10　Tohoku的銅-銅鍵合 3986.10.1　銅晶粒粗化 3986.10.2　銅/PI系統(tǒng)的混合鍵合 4016.11　imec的銅-銅混合鍵合 4036.11.1　具有銅/SiCN表面形貌的混合鍵合 4036.11.2　D2W混合鍵合 4046.11.3　混合鍵合的熱學(xué)及機(jī)械可靠性 4076.12　CEA-Leti的銅-銅混合鍵合 4106.12.1　CEA-Leti/ams的無(wú)銅混合鍵合 4106.12.2　CEA-Leti/SET的D2W混合鍵合 4126.12.3　CEA-Leti/英特爾的D2W自組裝混合鍵合 4136.13　IME的銅-銅混合鍵合 4146.13.1　SiO2 W2W混合鍵合的仿真 4146.13.2　基于SiO2的C2W混合鍵合的仿真 4186.13.3　銅/聚合物C2W混合鍵合的仿真 4216.13.4　C2W混合鍵合的良率提升 4256.14　英特爾的銅-銅混合鍵合 4296.15　Xperi的銅-銅混合鍵合 4306.15.1　D2W混合鍵合—芯片尺寸效應(yīng) 4306.15.2　基于混合鍵合的多芯片堆疊 4316.16　應(yīng)用材料的銅-銅混合鍵合 4326.16.1　混合鍵合的介質(zhì)材料 4326.16.2　混合鍵合的開(kāi)發(fā)平臺(tái) 4346.17　三菱的銅-銅混合鍵合 4366.18　欣興電子的混合鍵合 4376.19　D2W與W2W混合鍵合 4406.20　總結(jié)和建議 440參考文獻(xiàn) 442