盧茜

第1章 三維微電子封裝概論
1.1 導言
1.2 為什麼採用三維封裝
1.2.1 摩爾定律
1.2.2小型化需要三維封裝
1.2.3 降低功耗提高系統性能
1.3 三維微電子封裝架構
1.3.1 晶片-晶片三維集成
1.3.2 封裝-封裝三維集成
1.3.3 三維異構集成
1.4 三維微電子封裝的挑戰
1.4.1 組裝工藝、良率、測試及成本的挑戰
1.4.2 熱管理、封裝設計及建模的挑戰
1.4.3 材料和基板的挑戰
1.4.4 品質、可靠性及失效分析的挑戰
1.5 小結
參考文獻

第2章 三維封裝架構和組裝流程設計
2.1 導言
2.2基於矽通孔（TSV）的三維架構：優勢與劣勢
2.3 TSV的製造方法及其他特性
2.4 組裝工藝流程
2.5 製造良率及測試的作用
2.6 TSV三維架構的挑戰
2.7 小結
參考文獻

第3章 矽通孔（TSV）的材料與工藝
3.1 導言
3.2 TSV的材料與工藝概覽
3.3 TSV的製作與組裝
3.3.1 在矽晶圓上形成孔或溝槽
3.3.2 循序填充矽通孔
3.3.3 平坦化和晶片減薄
3.4 TSV製作與晶片集成的工藝流程
3.4.1流程順序
3.4.2 包含TSV的晶片集成
3.5 小結
參考文獻

第4章 TSV的微結構與力學可靠性
4.1 導言
4.2微觀結構表徵及應力測量
4.2.1 微觀結構表徵
4.2.2 應力狀態測量
4.3 TSV相關的可靠性問題
4.3.1 TSV中的應力
4.3.2 電遷移有關的效應
4.4面向原子資訊的TSV可靠性建模
4.4.1 CPFE法
4.4.2 PFC法
4.5 小結
參考文獻

第5章 晶體相場（PFC）模型:一種在TSV中探測原子的工具
5.1引言
5.2 PFC模型基礎
5.2.1經典密度泛函理論
5.2.2近似模型
5.2.4 控制方程
5.2.5 多組分多相系統的應用
5.2.6 物理場耦合
5.3 TSV的PFC模型
5.3.1 三角晶格
5.3.2 方晶格
5.3.3 基於石墨烯的TSV
5.4 總結
參考文獻

第6章 TSV擠出效應的原子尺度動力學
6.1 導言
6.2 模型設置和TSV擠出的實例
6.3 不同機械載荷條件下的擠出
6.3.1 剪切應變γyx
6.3.2 法向應變εx和剪切應變γxy
6.3.3 法向應變εy
6.3.4 載荷分佈
6.4 晶粒結構的影響
6.4.1 晶粒分佈
6.4.2 晶粒尺寸
6.4.3 晶粒取向
6.5 溫度的影響
6.6 幾何形狀的影響
6.6.1 TSV的形狀
6.6.2 側壁粗糙度
6.7 TSV擠出效應的一般觀點
6.7.1 原子機制
6.7.2 擠出的輪廓預測準則
6.7.3 塑性流動觀點
6.8 展望
參考文獻

第7章 三維封裝晶片準備的原理及失效
7.1 導言
7.2 TSV晶圓製造工藝概述
7.3 臨時晶圓鍵合
7.4 晶圓解鍵合及清潔
7.5 晶圓鐳射劃片
7.6 晶圓砂輪劃片
7.7 晶圓晶片頂出
7.8 晶片貼裝
7.9 底部填充
7.10 結論
參考文獻

第8章 銅-銅（Cu-Cu）直接鍵合及三維封裝的其他鍵合技術
8.1 導言
8.2基於焊料鍵合與無焊料鍵合：優點與缺點
8.3 堆疊和鍵合方案、技術與應用
8.4 熱壓鍵合（一種典型的擴散焊）：材料基礎及微觀結構效應
8.5 覆蓋層鈍化：自組裝單分子膜（SAM）和金屬
8.6 表面活化鍵合（SAB）工藝
8.7 Cu/介質混合鍵合
8.7.1 Cu/SiO2混合鍵合
8.7.2 Cu/粘合劑混合鍵合
8.8 另一種Cu-Cu鍵合技術：插入鍵合
8.9 Cu–Cu鍵合設備概覽及現狀
8.10 小結及後續研究建議
參考文獻

第9章 微米/納米銅在三維互連中的應用
9.1 導言
9.1.1 金屬納米顆粒鍵合綜述
9.1.2 混合銅顆粒鍵合的應用動因
9.2 燒結緻密度建模
9.2.1 演算法設計與假設
9.2.2 3D模擬結果
9.2.3 小結
9.3銅漿配方及表徵
9.3.1 銅漿配方和燒結曲線
9.3.2 熱學和電學特性
9.3.3 模擬與試驗結果的探討
9.3.4 小結
9.4 晶片到晶圓鍵合驗證
9.4.1 實驗內容
9.4.2 鍵合剪切強度
9.4.3 小結
9.5 總結與展望
9.5.1 總結
9.5.2 展望
參考文獻

第10章 2.5/3D封裝鍵合技術與工藝材料基礎
10.1 導言
10.2 背景介紹
10.2.1 三維封裝結構概述
10.2.2 熱壓焊（TCB）技術的基本原理
10.2.3 工藝材料基礎
10.3 材料配方原理
10.3.1 水溶性助焊劑
10.3.2 免清洗助焊劑
10.3.3 毛細底部填充
10.3.4 環氧助焊劑（非流動底部填充膠或非導電膠）
10.3.5 預塗環氧基材料（非導電膜及B階材料）
10.4 組裝工藝設計
10.4.1 簡介
10.4.2 TCB組裝工藝要素
10.4.3 TCB組裝工藝要素的設計和開發
10.5專題：綜合比較分析傳統回流焊與TCB的Sn-Ag-Cu（SAC）焊點微觀結構
10.5.1 簡介
10.5.2 實驗部分
10.5.3 結果和討論
10.5.4 結論
10.6 小結與討論
參考文獻

第11章 三維封裝焊料合金基礎
11.1 微凸點工藝
11.2 微凸點的焊料合金
11.3 微凸點焊接中金屬間化合物的形成
11.4 熱力學環境下微凸點的微觀結構演變
11.5 微凸點的微觀結構與失效機理
11.6 小結和未來的挑戰
參考文獻

第12章 三維封裝互連的電遷移原理
12.1 導言
12.2焊點電遷移的關鍵影響因素
12.2.1 錫擴散引起的典型電遷移失效
12.2.2 金屬化層溶解導致的電遷移失效
12.3三維封裝中焊點的電遷移
12.3.1 微凸點中錫擴散導致的電遷移損傷
12.3.2 電遷移中全金屬間化合物焊點的形成
12.3.3 伴隨電遷移的熱遷移
12.4 三維封裝中TSV的電遷移
12.4.1 大馬士革Cu互聯的電遷移
12.4.2 TSV的電遷移失效
12.4總結
參考文獻

第13章 三維積體電路封裝的散熱與熱設計基礎
13.1導言
13.2 三維積體電路的熱性能參數
13.3 三維積體電路的空氣冷卻
13.4 射流衝擊和噴霧冷卻
13.5微通道冷卻
13.6三維積體電路架構中的熱設計注意事項
13.6.1 TSV 佈局的散熱注意事項
13.6.2用於三維積體電路的熱分析工具
13.6.3性能注意事項
13.6.4用於帶液體冷卻的三維積體電路的新興無線互連
13.7集成微通道的液冷散熱
13.7.1 變密度翅片對微通道熱性能的改善
13.7.2 兩相冷卻
13.8 未來方向
參考文獻

第14章 有機基板技術中的先進材料與工藝基礎
14.1 簡介
14.2 基板技術的發展概述
14.3 有機基板材料
14.3.1 有機基板生產中使用的材料
14.3.2 材料概述
14.3.3 基板和PWB的芯板
14.3.4 介質材料
14.3.5 金屬化過孔和過孔填充材料
14.3.6 阻焊材料
14.3.7 表面塗覆
14.3.8 小結
14.4 有機基板製造工藝概述
14.4.1 基板原料的選擇與製備
14.4.2 內層圖形成像
14.4.3 積層工藝
14.4.4 阻焊、表面塗覆及一級互連形成
14.5.5 最終成型、測試、核對總和出貨
參考文獻

第15章 三維封裝中晶片和封裝級熱、濕-熱應力：建模與特徵提取
15.1 導言
15.2 熱應力及其對TSV結構的影響
15.2.1 引言
15.2.2 基於半解析和數值計算的TSV應力表徵方法
15.2.3 熱應力的測量
15.2.4 熱應力對載流子遷移率和禁區的影響
15.2.5 熱應力導致的通孔擠出
15.3 封裝級熱應力及翹曲控制
15.3.1 引言
15.3.2 多層結構中的熱應力
15.3.3 翹曲機理及控制方法
15.3.4 用於翹曲控制的晶片蓋帽方法
15.3.5 翹曲特性的試驗測試
15.3.6 基於數值模擬的翹曲控制設計優化
15.4 濕-熱聯合作用下的綜合應力分析
15.4.1 引言414
15.4.2 濕氣擴散理論
15.4.3 濕氣誘導的應變和等效應力理論
15.4.4 蒸汽壓力建模
15.4.5 綜合應力分析耦合方程
15.4.6 案例分析
15.5 小結
參考文獻

第16章 堆疊封裝互連焊接的工藝與可靠性
16.1 導言
16.1.1 小型化和功能化趨勢
16.1.2 三維封裝的變體
16.1.3 應用驅動的PoP和PoPoP器件要求
16.2 焊接組裝工藝
16.2.1 焊料合金
16.2.2 助焊劑與焊膏
16.2.3 組裝方法
16.2.4 檢測技術
16.2.5 底部填充、保形塗覆和包封材料
16.2.6 翹曲效應
16.3 焊點可靠性
16.3.1 環境
16.3.2 底部填充、保形塗覆和包封
16.3.3 可靠性研究
16.4小結及未來發展趨勢
16.4.1小結
16.4.2未來發展趨勢
參考文獻

第17章 三維封裝的互連品質與可靠性
17.1 導言
17.2 三維封裝的品質挑戰
17.3 微凸點的品質與可靠性
17.3.1 類型1——Cu/Sn/Cu
17.3.2 類型2-——Ni/Sn/Ni
17.3.3 類型3——Cu/Sn/Ni
17.3.4 類型4——Cu/Ni/Sn/Ni/Cu
17.3.5 小結
17.4 三維封裝的現場性能預測
17.5 三維封裝的電遷移可靠性
17.5.1 電遷移簡介
17.5.2 鋁、銅互連的電遷移實驗研究
17.5.3 倒裝晶片焊點的電遷移
17.5.4 三維積體電路封裝的系統級電遷移研究
17.5.5 2.5維積體電路中的系統級薄弱環節失效
17.5.6 小結
17.6 三維積體電路封裝中的熱遷移
17.6.1 概述
17.6.2 熱遷移原理
17.6.3 三維積體電路封裝中的熱遷移研究
17.6.4 小結
參考文獻

第18章 三維封裝的故障隔離與失效分析
18.1 導言
18.2 三維先進封裝的故障隔離與失效分析的挑戰
18.3 無損故障隔離和失效分析技術在三維微電子封裝中的應用
18.3.1 三維微電子封裝電氣失效的無損故障隔離技術
18.3.2 三維微電子封裝的高解析度無損成像技術
18.4 面向三維微電子封裝的樣品製備及材料分析技術應用
18.4.1 樣品製備技術
18.4.2 材料分析技術
18.5 三維封裝的失效分析策略
18.5.1 理解封裝組裝過程、可靠性應力和失效率分佈
18.5.2 識別缺陷的高效FI-FA流程
18.5.3 深入瞭解失效機理和根本原因，提供解決路徑
18.5.4 小結
參考文獻

微電子產業已不可避免地進入“後摩爾時代”，為滿足電子產品持續向超輕、超薄、高性能、低功耗發展的需求，先進微電子封裝已然成為主流的技術趨勢並提供了創新的解決方案。封裝技術從二維的MCM技術向2.5維和三維異構集成技術快速發展，也即是本書的主題：三維微電子封裝技術。三維微電子封裝為以低成本的方式延續摩爾定律開闢了一條可行的路徑，已經成為當前微電子產業界和學術界重要的研究熱點。

本書很好地總結了三維微電子封裝當前最新的研究成果，對相關的工藝、材料、設計、品質與可靠性等重要議題進行了詳細總結和論述，能夠幫助從事該領域研究的研究生和工程師快速地建立起必要的知識體系，使之更快地進入工程實踐或前沿技術研究。值得一提的是，本書特別突出了與三維微電子封裝密切相關的品質和可靠性的基礎理論與技術，這在三維微電子封裝技術已廣泛應用於消費電子產品，並快速向通信、汽車、航空航太等高可靠應用領域滲透的當下，具有非常重要的實踐指導意義。

本書的兩位主編是行業知名公司的技術專家，其研究代表了行業前沿水準，作為2017年初次出版後的第2版，在原書第 1版的基礎上經過增補完善，內容更全面地反映了行業最新研究成果。相信本書的譯介能夠對國內電子封裝技術領域的研究生和技術開發人員帶來很好的幫助。

本書主要由中國電子科技集團公司第二十九研究所、四川省寬頻微波電路高密度集成工程研究中心的技術團隊負責翻譯，中南大學李軍輝教授給予了特別的幫助。譯者要感謝中國電子科技集團公司第四十三研究所的王傳聲研究員、李建輝研究員、劉俊夫高工、李林森博士、朱喆博士、徐春林博士，以及中山大學黃志恒教授、劉金欣博士對譯稿的細緻審閱。感謝廈門大學教授/雲天半導體創始人于大全博士對譯稿提出的寶貴意見。他們的支持使本書的翻譯品質得到了極大提升！

本書的原版中引用的資料來源較多，不同資料中的個別術語表述方式、一些單位名稱及物理量符號的使用標準不完全一致，為避免不必要的錯誤，譯者對此並未刻意進行換算或統一。因譯者翻譯和學術水準有限，其中的錯誤和不當之處，懇請廣大讀者給予

指正。

譯者