信息科学技术学术著作丛书：集成电路三维系统集成与封装工艺（中文导读） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] John，H.Lau 著，曹立强，刘丰满，王启东 等 朗读

图书标签:

• 集成电路
• 三维集成
• 封装工艺
• 信息科学
• 技术
• 学术著作
• 半导体
• 微电子
• 电子工程
• 中文导读

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030522726

版次：1

商品编码：12165948

包装：平装

丛书名： 信息科学技术学术著作丛书

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：458

字数：578000

正文语种：中文

内容简介

　　《信息科学技术学术著作丛书：集成电路三维系统集成与封装工艺（中文导读）》系统讨论用于电子、光电子和MEMS器件的2．5D、3D，以及3D IC集成和封装技术的新进展和未来可能的演变趋势，同时详尽讨论IC三维集成和封装关键技术中存在的主要工艺问题和可能的解决方案。通过介绍半导体工业中的集成电路发展，以及摩尔定律的起源和演变历史，阐述三维集成和封装的优势和挑战，结合当前三维集成关键技术的发展重点讨论TSV制程与模型、晶圆减薄与薄晶圆在封装组装过程中的拿持晶圆键合技术、三维堆叠的微凸点制作与组装技术、3D硅集成、2．5D／3D IC和无源转接板的3D IC集成、三维器件集成的热管理技术、封装基板技术，以及存储器、LED、MEMS、CIS 3D IC集成等关键技术问题，最后讨论PoP、Fan-in WLP、eWLP、ePLP等技术。
　　《信息科学技术学术著作丛书：集成电路三维系统集成与封装工艺（中文导读）》适合从事电子、光电子、MEMS等器件三维集成研究的工程师、技术研发人员、技术管理人员和科研人员阅读，也可以作为相关专业高年级本科生和研究生的教材。

作者简介

　　John H.Lau（刘汉诚）博士，在半导体领域从业超过30年，他曾先后作为资深科学家在美国的惠普公司、安捷伦公司工作超过25年；作为微系统、模组与元器件（MMC）实验室主任在新加坡微电子研究所（IME）工作2年；作为访问教授在香港科技大学工作1年；2010年1月当选台湾工业技术研究院院士，并在台湾工业技术研究院工作数年；2014年7月作为高级顾问就职于ASM太平洋公司。
　　刘博士是电子器件、光电子器件、LED和微机电系统（MEMS）等领域的著名专家，多年从事器件、基板、封装和PCB板等的设计、分析、材料表征、工艺制造、品质与可靠性测试，以及热管理等方面工作，尤其专注于钎焊机理、制造、表面贴装技术（SMT）、扇人和扇出晶圆级倒装芯片封装技术、硅通孔（TSV）技术、三维集成电路（IC）集成技术，以及系统级封装（SiP）技术。
　　在超过37年的研究、研发与制造业经历中，刘博士独自或与他人合作共同发表了400多篇技术论文，申请和授权专利30多项，并在世界范围内做了290多场学术报告。独自或与他人合作编写和出版了18部关于TSV、三维MEMS封装、二维／三维IC集成可靠性、晶圆级倒装芯片封装（FC-WLP）、BGA封装、高密度PCB、SMT、芯片直接贴装、无铅焊料、钎焊与焊料可靠性等方面的教材。
　　刘博士在伊利诺伊大学（香槟校区）获得理论与应用力学博士学位，在威斯康星大学麦迪逊分校获得第二个硕士学位（工程物理），在费尔莱迪金森大学获得第三个硕士学位（管理科学），在台湾大学获得土木工程专业学士学位。

内页插图

目录

前言
致谢
导读

第1章 半导体集成电路封装3D集成
1．1 引言
1．23D集成
1．33D IC封装
1．43D Si集成
1．53D IC集成
1．5．1 混合存储器立方（HMC）
1．5．2 Wide I／O动态随机存储器和Wide I／O2
1．5．3 高带宽存储器（HBM）
1．5．4 Wide I／O存储器（Logic—on—Logic）
1．5．5 无源转接板（2．5D IC集成）
1．6 TSV技术时代供应链
1．6．1 前道工艺（Front—End—of—Line）
1．6．2 后道工艺（Back—End—of—Line）
1．6．3 封装与测试（Outsourced Semiconductor Assembly and Test）
1．7 TSV技术时代供应链——谁制造TSV？
1．7．1 Via—First TSV工艺
1．7．2 Via—Middle TSV工艺
1．7．3 Via—Last TSV工艺（from the front Side）
1．7．4 Via—Last TSV工艺（from the Back Side）
1．7．5 无源TSV转接板？
1．7．6 谁想用无源转接板TSV技术？
1．7．7 总结和建议
1．8 TSV技术时代供应链一谁负责中道工艺MEOL，装配和测试？
1．8．1 Wide I／O存储器（面对背）的Via—Middle TSV制造工艺
1．8．2 Wide I／O存储器（面对面）的Via—Middle TSV制造工艺
1．8．3 Wide I／O DRAM的Via—Middle TSV制造工艺
1．8．4 基于带有TSV／RDL转接板的2．5D IC集成
1．8．5 总结与建议
1．9 CMOS图像传感器与TSVs
1．9．1 东芝Dynastron图像传感器
1．9．2 意法半导体的VGA CIS摄像头模块
1．9．3 三星S5K4E5YX BSI CIS图像传感器
1．9．4 东芝HEW4 BSI TCM5103PL图像传感器
1．9．5 Nemotek CIS图像传感器
1．9．6 索尼ISX014堆叠相机传感器
1．10 使用TSV技术的微机电系统
1．10．1 意法半导体的MEMS惯性传感器
1．10．2 Discera的MEME振荡器
1．10．3 Avago的FBAR MEMS滤波器
1．11 参考文献

第2章 硅通孔的建模和测试
2．1 引言
2．2 TSV的电气模型
2．2．1 通用TSV结构的解析模型和方程
2．2．2 TSV模型的频域验证
2．2．3 TSV模型的时域验证
2．2．4 TSV的电气设计指南
2．2．5 总结与建议
2．3 TSV的热模拟
2．3．1 铜填充TSV等效热电导率法
2．3．2 单个TSV的热特性
2．3．3 铜填充TSV的等效热导率方程
2．3．4 等效TSV热电导率方程验证
2．3．5 总结与建议
2．4 TSV机械建模和测试技术
2．4．1 铜填充TSV和周围硅的透射电镜
2．4．2 TSV制造的Pumping实验结果
2．4．3 热冲击下铜Pumping
2．4．4 铜填充TSV的Keep—Out—Zone区
2．4．5 总结与建议
2．5 参考文献

第3章 应力传感器用于薄晶圆拿持和应力测量
第4章 封装基板技术
第5章 微凸点制造、装配和可靠性
第6章 三维硅集成
第7章 2．5D／3D IC集成
第8章 基于转接板的3D IC集成
第9章 2．5D／3D IC集成的热管理
第10章 嵌入式三维混合集成
第11章 LED和集成电路三维集成
第12章 MEMS与集成电路的三维集成
第13章 CMOS图像传感器和IC三维集成
第14章 3D IC封装
索引

前言/序言

　　3D IC集成正在半导体行业引起风暴，已经在如下方面产生巨大影响：（1）影响芯片供应商（fabless），代工厂，整合元件制造商，外包半导体组装，测试、基板、电子器件制造服务，原始设计制造商，原始设备制造商，材料和设备提供商，大学，以及研究单位；（2）吸引世界各地的研究人员和工程师参加会议、讲座、workshop、小组讨论以及论坛，去展示他们的发现，交换信息，寻求解决方案，学习最新的技术并规划未来；（3）推动行业为3D IC集成建立标准、基础设施和生态系统。
　　这是个完美的风暴！很多人和公司认为摩尔定律将很快谢幕，而3D IC集成将成为下一个热点。为准备未来并拥有竞争力，他们在3D IC集成方面投入了很大的人力和物力。3D IC集成被定义为采用硅通孔和微凸点在三维方向实现芯片／转接板堆叠，可以实现高性能和高密度，具有低功耗、大带宽、小外形，以及轻型化的封装。因此，硅通孔、超薄晶圆／芯片拿持、微凸点、组装和热管理都是实现3D IC集成最重要的技术。
　　遗憾的是，对于大多数实际操作的工程师和管理者，以及科学家和研究人员，硅通孔、超薄晶圆的强度测量和拿持、微凸点、再布线层、转接板、芯片一晶圆键合、晶圆-晶圆键合、组装、热管理、可靠性、LED二极管的3D IC集成、微机电系统，以及CMOS图像传感器（CIS）并不好理解。因此，在行业和研究单位内急需有一本全面的书籍来介绍这些重要技术的现况。本书可以帮助读者在进行系统级决策的时候快速了解解决问题的基本方法和利弊。

《集成电路三维系统集成与封装工艺（中文导读）》一书，作为“信息科学技术学术著作丛书”中的重要一员，其核心内容聚焦于当前半导体产业最为前沿和极具挑战性的领域之一——集成电路的三维系统集成与先进封装工艺。本书并非简单罗列技术名词，而是深入剖析了这一复杂技术体系的演进脉络、关键技术要素、面临的挑战以及未来的发展趋势，旨在为读者构建一个全面而深刻的认识框架。 一、 时代的召唤：为何需要三维系统集成与先进封装？ 在信息技术飞速发展的今天，传统二维集成电路的发展正面临物理极限的瓶颈。摩尔定律虽仍在延续，但其增速放缓，单个芯片的集成密度提升愈发困难，同时功耗和散热问题也日益突出。另一方面，电子设备的性能需求却在不断攀升，从智能手机、高性能计算到人工智能、物联网，都对集成电路提出了更高的要求。 面对此挑战，将多个功能单元（如CPU、GPU、存储器、射频模块等）在垂直方向上进行堆叠和互联，形成一个紧凑的三维系统，成为突破性能瓶颈、实现更高集成度和更优异电气性能的有效途径。这种“系统级”的创新，将原本需要通过PCB板进行连接的多个芯片，集成到一个封装体内，大大缩短了信号传输路径，降低了功耗，提高了通信带宽，并显著减小了器件的尺寸。 因此，本书的出现，正是顺应了这一产业发展的大势所趋，为业内人士、科研人员和学生提供了一份详实的研究资料和技术指南。它不仅解释了“为什么”要进行三维系统集成，更详尽地阐述了“如何”实现这一目标。 二、 核心技术解析：从微观到宏观的深度探索 本书的主体内容，紧密围绕“集成电路三维系统集成”与“先进封装工艺”展开，其深度和广度体现在以下几个方面： 1. 三维系统集成的基本概念与架构： 什么是三维系统集成？ 作者首先从概念层面，清晰界定了三维系统集成（3D System-in-Package, 3D SiP）与传统二维集成电路（2D IC）和三维集成电路（3D IC）的区别与联系。它强调的是将多个裸芯片（die）或多个功能模块，通过垂直堆叠和横向互联的方式，在一个封装体内实现高度集成，从而构建一个功能完备的系统。 主要的3D SiP架构： 书中详细介绍了当前主流的3D SiP架构，包括： 堆叠式（Stacking）： 将多个芯片垂直堆叠，通过硅通孔（TSV）或微凸点（micro-bump）进行连接。这是实现高密度和短路径互连的关键。 侧边式（Side-by-Side）： 将不同功能的芯片并排放置，通过先进的互连技术连接。这种方式灵活性较高，适用于不同尺寸和工艺的芯片。 混合式（Hybrid）： 结合了堆叠式和侧边式，以最优化的方式整合不同功能模块。 关键使能技术： 深入探讨了支撑3D SiP实现的一系列核心技术，如： 硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）： 这是实现垂直互连的“高速公路”，本书详细阐述了TSV的形成工艺、结构设计、导通电阻、电容、寄生效应等关键问题，以及不同类型的TSV（如埋入式、穿透式）的优劣。 微凸点（Micro-Bump）与再布线层（RDL）： 作为芯片间互连的“桥梁”，微凸点的尺寸、形貌、可靠性以及RDL的材料、层数、布线密度等，直接影响到互连性能和信号完整性。 硅中介层（Interposer）： 对于不具备TSV能力的芯片，硅中介层作为一种“平台”，提供了高密度的互连网络，能够有效地将不同芯片连接起来。书中分析了单片硅中介层（Si interposer）和多片硅中介层（multi-chip module-based interposer）的结构特点和应用场景。 先进封装基板： 传统PCB基板的互连密度已无法满足3D SiP的要求，本书介绍了如扇出晶圆级封装（Fan-Out Wafer-Level Package, FOWLP）、扇出封装（Fan-Out Package, FOP）、2.5D封装等先进基板技术，以及它们的特点和优势。 2. 先进封装工艺的详细阐述： 本书在封装工艺方面，着重介绍了实现3D SiP所需的一系列先进技术，这些技术是实现三维系统集成的“血肉之躯”。 晶圆级封装（Wafer-Level Package, WLP）： 从晶圆状态就开始封装，减少了单颗芯片的封装成本和制程步骤，提高了良率。重点介绍了晶圆级扇出封装（FOWLP）的工艺流程，包括图形转移、晶圆重建、凸点形成、再布线层构建等。 2.5D封装： 强调了硅中介层在2.5D封装中的核心作用，以及如何将多个芯片（如GPU、HBM）集成到硅中介层上，再与基板连接。 3D封装： 深度解析了直接堆叠芯片的3D封装技术，包括： 芯片堆叠（Die-to-Die Bonding）： 介绍了两种主要的堆叠方式：面面堆叠（face-to-face）和面背堆叠（face-to-back）。 混合键合（Hybrid Bonding）： 一种更为先进的连接技术，可以直接将裸露的金属铜进行键合，实现更高的密度和更低的互连电阻，对于存储器堆叠尤其重要。 倒装芯片（Flip-Chip）： 作为连接芯片与基板或中介层的关键技术，书中详细阐述了倒装焊球（solder bump）、倒装焊线（copper pillar bump）的工艺及其可靠性。 封装材料与工艺： 介绍了用于3D SiP的各种关键材料，如封装树脂、导电胶、键合线、锡膏等，以及与这些材料相匹配的先进工艺，如激光切割、表面处理、再流焊、固化等。 系统集成与测试： 3D SiP的集成不仅仅是芯片的物理堆叠，更涉及到如何将不同的功能模块有机地结合在一起，形成一个功能完备的系统。本书也探讨了系统级别的设计、验证与测试挑战。 三、 设计挑战与解决方案： 随着集成度的提高，3D SiP的设计变得空前复杂。本书深入探讨了这些挑战，并提出了相应的解决方案： 散热设计： 芯片堆叠在高密度下会产生巨大的热量，本书详细分析了热阻的产生机制，并介绍了先进的散热技术，如均温板（Vapor Chamber）、热管（Heat Pipe）、微通道散热器（Microchannel Heat Sink）以及先进的封装材料对散热性能的优化作用。 信号完整性与电源完整性： 更短的互连路径虽然降低了信号延迟，但也可能引入新的信号完整性问题（如串扰、反射），同时高密度的芯片堆叠也对电源分配网络（PDN）提出了挑战。书中探讨了电磁场仿真、阻抗匹配、去耦电容优化等策略。 可靠性与可靠性评估： 3D SiP的可靠性是产业界关注的焦点。本书分析了材料选择、工艺控制、结构设计对可靠性的影响，如应力、形变、温湿度影响、机械冲击和振动等，并介绍了相关的测试方法和标准。 设计自动化工具（EDA）： 面对复杂的3D设计，EDA工具的重要性不言而喻。本书简要介绍了支持3D SiP设计的EDA工具链，包括物理设计、版图规划、热仿真、电磁仿真等。 四、 未来展望与发展趋势： 本书的结尾部分，着眼于未来，对3D SiP技术的发展趋势进行了前瞻性分析： 更高级的异构集成（Heterogeneous Integration）： 将不同工艺、不同制程节点的芯片，甚至是不同的材料（如光电器件、 MEMS）集成到同一个封装体内，以实现前所未有的功能。 Chiplet技术： 将复杂的SoC分解成独立的、可重用的“小芯片”（Chiplet），然后通过先进封装技术将它们组合起来，以提高设计效率、良率和成本效益。 先进封装的材料创新： 对新型封装材料的探索，如高性能聚合物、陶瓷复合材料、纳米材料等，将为提升封装性能和可靠性提供新的可能。 人工智能（AI）在设计与制造中的应用： 利用AI算法优化设计参数，提高制造工艺的智能化水平，实现更高效、更可靠的3D SiP生产。 对绿色封装和可持续发展的思考： 随着环保意识的提高，本书也可能触及到如何开发更环保的封装材料和工艺，减少对环境的影响。 五、 导读的意义： 本书的“中文导读”定位，意味着它不仅是一本技术专著，更是一份面向中文读者的、经过精心组织的、易于理解和吸收的学习资料。它通过清晰的逻辑结构、详实的案例分析、以及对关键概念的深入浅出地解释，帮助读者快速掌握3D SiP领域的核心知识。对于初学者而言，本书提供了一个完整的学习路径；对于有一定基础的研究人员和工程师而言，本书则是一份宝贵的参考和拓展视野的工具。 总而言之，《集成电路三维系统集成与封装工艺（中文导读）》是一本集理论深度、技术广度和实践价值于一体的学术著作。它系统地梳理了当前半导体产业面临的挑战，详细阐述了解决这些挑战的关键技术，并对未来的发展方向进行了 insightful 的展望。本书的出版，无疑将为我国在集成电路这一战略性新兴产业领域的发展提供强有力的智力支持。

评分☆☆☆☆☆

这本《集成电路三维系统集成与封装工艺》虽然标题听起来相当专业，但对于我这个非专业背景的读者来说，简直是一本天书。我翻阅了几页，那些密密麻麻的电路图、各种缩写以及我从未听过的工艺流程，让我瞬间感到自己的知识储备如同一粒尘埃。不过，即使看不懂具体内容，我也能感受到这本书背后蕴含的巨大信息量和技术深度。它像是打开了一个我完全不了解的微观世界，里面有各种精密的零件是如何被巧妙地组合在一起，形成我们日常生活中不可或缺的电子产品。我想象着工程师们如何在一个极小的芯片上实现如此复杂的“搭积木”工程，以及那些看似微不足道的封装工艺，竟然是决定整个产品性能和寿命的关键。这本书让我深刻体会到，我们习以为常的高科技背后，是无数科学家和工程师们在微观世界里默默耕耘的成果，他们的智慧和努力，造就了我们便捷的生活。虽然我无法深入理解其中的技术细节，但这本书至少为我打开了一扇通往这个神秘领域的大门，让我对信息技术的发展有了更宏观的认识，也让我对未来可能出现的更先进的电子技术充满了好奇。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对新兴技术一直抱有浓厚兴趣的科技爱好者，我一直对集成电路和封装工艺的发展趋势颇为关注。《集成电路三维系统集成与封装工艺》这本书的标题立刻吸引了我的注意，因为它触及了当前半导体技术领域最前沿的研究方向之一。我理解，“三维系统集成”意味着不再局限于传统的平面结构，而是将芯片堆叠、封装，实现更高的集成度和更强的性能，这无疑是未来摩尔定律延续的重要途径。而“封装工艺”更是决定了这些精密的集成体如何被保护起来，并与外界进行高效的连接。我虽然不是该领域的专家，但从书中的一些图示和章节标题中，我能大致窥见其涵盖的范围之广，包括了从材料选择、结构设计到制造流程的方方面面。这本书似乎不仅仅是技术性的探讨，更可能是一种对未来计算和通信能力提升蓝图的描绘。它让我对半导体行业的技术迭代速度有了更深的认识，也激发了我对未来智能设备、高性能计算乃至人工智能硬件基础的进一步思考。这本书对于想要了解行业前沿动态的读者来说，无疑是一份宝贵的参考资料。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对电子产品硬件结构怀有好奇心的普通用户，平时对手机、电脑等设备内部的运作机制充满疑问。拿到这本《集成电路三维系统集成与封装工艺》时，我首先被其厚重感和专业的封面设计所吸引。虽然书中的技术术语和概念对我而言非常陌生，但我还是尝试性地翻阅了一些章节。我发现，这本书仿佛在讲述一个关于“微型化建筑”的故事，只不过这里的“建筑”是由精密的电子元件构成，而“建造者”则是那些在微观世界里进行精密操作的工程师们。我看到了各种复杂的层叠结构图，以及各种我叫不出名字的元器件是如何被巧妙地“焊接”或“连接”在一起的。书名中的“三维系统集成”让我联想到，以往我们看到的芯片似乎是平面的，而这本书则揭示了将它们像乐高积木一样堆叠起来的可能性，这听起来就充满未来感。而“封装工艺”则像是给这些脆弱的“建筑”穿上坚固的外衣，并为它们通往外部世界的“道路”做好规划。尽管我无法理解每一个细节，但这本书让我对电子产品内部的复杂程度和技术含量有了更直观的感受，也让我对那些默默为我们带来便利的电子设备背后的精湛工艺产生了敬意。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目《集成电路三维系统集成与封装工艺》让我对半导体领域的最前沿技术产生了浓厚的兴趣。虽然我并非该领域的专业人士，但通过阅读一些相关科普文章，我了解到“三维系统集成”代表着一种革命性的芯片设计和制造方式，即将多个功能芯片在垂直方向上进行堆叠，从而实现更高的集成度、更短的信号传输路径和更低的功耗。这就像是在微观世界里建造摩天大楼，将原本分散的房间整合到一个高耸的结构中。而“封装工艺”则如同为这座“微型摩天大楼”穿上坚固的外衣，并为其连接到外界的“交通网络”打通道路。这本书的出现，让我有机会一窥这个复杂而迷人的领域。我猜测书中会详细介绍各种不同的三维堆叠技术，以及为了实现这些技术所必需的精密的封装工艺，包括材料选择、工艺流程、可靠性测试等等。对于想要深入了解下一代电子设备硬件基础的读者来说，这本书无疑提供了一个极好的学习机会，它让我看到了科技进步的无限潜力，也让我对未来的电子产品充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对科技发展历史和未来趋势有一定关注的读者，我深知集成电路是现代信息技术的核心基石，而“系统集成”和“封装工艺”则是决定芯片性能、功耗和可靠性的关键环节。这本书的出现，恰好填补了我在这方面知识的空白。我注意到，书名中的“三维系统集成”是一个非常前沿的概念，它代表着半导体行业正在从二维平面走向三维堆叠，以应对传统摩尔定律的挑战。这对我来说，意味着未来芯片的体积可能更小，但性能却能大幅提升，这对于物联网、5G甚至更先进的人工智能应用都至关重要。而“封装工艺”更是将这些高精尖的集成电路转化为我们能够使用的最终产品的关键技术。书中可能深入探讨了各种先进的封装技术，如扇出型封装、硅穿孔封装等，这些技术对于提高芯片的散热效率、降低功耗以及实现更复杂的互连至关重要。虽然我无法深入理解每一个技术细节，但这本书让我对集成电路产业的未来发展方向有了更清晰的认知，也看到了技术进步所带来的无限可能。