《晶圆级芯片封装技术》主要从技术和应用两个层面对晶圆级芯片封装（Wafer-Level Chip-Scale Package，WLCSP）技术进行了全面的概述，并以系统的方式介绍了关键的术语，辅以流程图和图表等形式详细介绍了先进的WLCSP技术，如3D晶圆级堆叠、硅通孔（TSV）、微机电系统（MEMS）和光电子应用等，并着重针对其在模拟和功率半导体方面的相关知识进行了具体的讲解。《晶圆级芯片封装技术》主要包括模拟和功率WLCSP的需求和挑战，扇入型和扇出型WLCSP的基本概念、凸点工艺流程、设计注意事项和可靠性评估，WLCSP的可堆叠封装解决方案，晶圆级分立式功率MOSFET封装设计的注意事项，TSV/堆叠芯片WLCSP的模拟和电源集成的解决方案，WLCSP的热管理、设计和分析的关键主题，模拟和功率WLCSP的电气和多物理仿真，WLCSP器件的组装，WLCSP半导体的可靠性和一般测试等内容。

《晶圆级芯片封装技术》可作为微电子、集成电路等领域工程技术人员的参考书，也可作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的教学辅导书。

译者序

原书前言

致谢

作者简介

第1章　晶圆级芯片模拟和功率器件封装的需求和挑战1

1.1　模拟和功率WLCSP需求1

1.2　芯片收缩影响2

1.2.1　芯片收缩产生的影响2

1.2.2　晶圆级片上系统与系统级封装3

1.3　扇入与扇出3

1.4　功率WLCSP开发4

1.4.1　与常规分立功率封装相比的晶圆级MOSFET4

1.4.2　更高的载流能力5

1.4.3　低Rds （on）电阻和更好的热性能6

1.4.4　功率IC封装的发展趋势7

1.4.5　晶圆级无源器件的发展趋势8

1.4.6　晶圆级堆叠/3D功率芯片SiP8

1.5　总结10

参考文献10

第2章　扇入型WLCSP12

2.1　扇入型WLCSP简介12

2.2　WLCSP凸点技术13

2.3　WLCSP 凸点工艺和成本考虑14

2.4　WLCSP 的可靠性要求16

2.5　跌落测试中的应力17

2.6　TMCL 中的应力18

2.7　高可靠性WLCSP设计19

2.8　用于精确可靠性评估的测试芯片设计19

2.9　BoP设计规则25

2.10　RDL设计规则28

2.11　总结31

参考文献31

第3章　扇出型WLCSP32

3.1　扇出型WLCSP简介32

3.2　高产扇出模式的形成37

3.3　再分布芯片封装和嵌入式晶圆级球栅阵列38

3.4　扇出型WLCSP的优势38

3.5　扇出型WLCSP的挑战39

3.6　扇出型WLCSP的可靠性45

3.7　扇出型设计规则46

3.8　扇出型WLCSP的未来47

参考文献51

第4章　可堆叠的晶圆级模拟芯片封装52

4.1　引言52

4.2　多芯片模块封装53

4.3　叠片封装和叠层封装55

4.4　三维集成电路（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键合64

4.4.6　TSV 3D IC集成65

4.5　晶圆级3D集成66

4.5.1　3D MEMS和传感器WLCSP67

4.6　嵌入式WLCSP70

4.7　总结71

参考文献72

第5章　晶圆级分立式功率MOSFET封装设计74

5.1　分立式功率WLCSP的介绍与发展趋势74

5.2　分立式功率WLCSP设计结构75

5.2.1　典型的分立式功率WLCSP设计结构76

5.2.2　功率MOSFET BGA76

5.2.3　在分立式功率WLCSP中将MOSFET漏极移到前侧78

5.3　晶圆级MOSFET的直接漏极设计78

5.3.1　直接漏极VDMOSFET WLCSP的构建79

5.3.2　直接漏极VDMOSFET WLCSP的其他结构79

5.4　带有铜柱凸点的功率VDMOSFET WLCSP80

5.4.1　在功率WLCSP上进行铜柱凸点构建80

5.4.2　铜柱凸点过程中铝层下的BPSG剖面81

5.5　带嵌入式WLCSP的3D功率模块87

5.5.1　引言87

5.5.2　嵌入式WLCSP模块89

5.5.3　可靠性测试90

5.5.4　讨论95

5.6　总结96

参考文献96

第6章　用于模拟和功率集成解决方案的晶圆级TSV/堆叠芯片封装97

6.1　模拟和功率集成的设计理念97

6.2　模拟和功率SoC WLCSP101

6.2.1　模拟和功率SoC WLCSP设计布局101

6.2.2　焊点应力和可靠性分析102

6.3　带TSV的晶圆级功率堆叠芯片3D封装104

6.3.1　晶圆级功率堆叠芯片封装的设计理念104

6.3.2　热分析105

6.3.3　组装过程中的应力分析107

6.4　用于模拟和功率集成的晶圆级TSV/堆叠芯片概念118

6.5　带有有源和无源芯片的集成功率封装119

6.6　总结120

参考文献120

第7章　WLCSP的热管理、设计和分析121

7.1　热阻及其测量方法121

7.1.1　热阻的概念121

7.1.2　结温敏感参数法122

7.1.3　热阻测量124

7.1.4　热阻测量环境：结-环境热阻124

7.2　WLCSP导热测试板125

7.2.1　低效导热测试板127

7.2.2　高效导热测试板127

7.2.3　WLCSP的典型JEDEC板127

7.3　WLCSP的热分析与管理128

7.3.1　参数化模型的构建128

7.3.2　参数化模型的应用132

7.3.3　热仿真分析133

7.4　WLCSP的瞬态热分析137

7.4.1　4×5 WLCSP的概述和瞬态材料特性137

7.5　总结140

参考文献141

第8章　模拟和功率WLCSP的电气和多物理仿真142

8.1　电气仿真方法：提取电阻、电感和电容142

8.1.1　提取电感和电阻142

8.1.2　电容提取方法148

8.2　扇出型模制芯片级封装的电气仿真154

8.2.1　MCSP简介154

8.2.2　带GGI工艺的40引脚MCSP的RLC仿真155

8.2.3　引线键合MCSP及其与GGI型MCSP的电气性能比较155

8.3　0.18μm晶圆级功率技术的电迁移预测和测试164

8.3.1　简介164

8.3.2　电迁移模型的建立164

8.3.3　电迁移晶圆级实验测试165

8.3.4　有限元仿真167

8.3.5　讨论175

8.4　模拟无铅焊点中微观结构对电迁移的影响175

8.4.1　简介175

8.4.2　迁移的直接积分法176

8.4.3　WLCSP中焊料凸点微观结构的有限元分析建模177

8.4.4　仿真结果与讨论180

8.4.5　讨论185

8.5　总结185

参考文献185

第9章　WLCSP 组装187

9.1　引言187

9.2　PCB 设计188

9.2.1　SMD和NSMD188

9.2.2　焊盘尺寸189

9.2.3　PCB焊盘表面处理189

9.2.4　WLCSP 下的通孔190

9.2.5　局部靶标190

9.2.6　PCB材料191

9.2.7　PCB布线和铜覆盖192

9.3　钢网和焊锡膏192

9.3.1　通用钢网设计指南192

9.3.2　焊锡膏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　喷嘴和送料器195

9.4.4　高速表面贴装注意事项195

9.4.5　定位精度要求196

9.4.6　放置原则选项196

9.4.7　视觉系统197

9.4.8　算法197

9.4.9　送料和助焊剂198

9.4.10　总结198

9.5　回流焊198

9.5.1　预热区199

9.5.2　保温200

9.5.3　回流200

9.5.4　冷却201

9.5.5　回流炉201

9.5.6　WLCSP回流201

9.5.7　无铅（Sn–Ag–Cu）焊料的回流曲线和关键参数202

9.5.8　双面 SMT203

9.5.9　回流后检验203

9.5.10　助焊剂清洁204

9.5.11　返工204

9.5.12　底部填充205

9.5.13　WLSCP 底层填充工艺要求205

9.6　WLCSP储存和保质期206

9.7　总结207

参考文献207

第10章　WLCSP典型可靠性和测试208

10.1　WLCSP可靠性测试概述208

10.1.1　可靠性寿命208

10.1.2　失效率208

10.1.3　模拟和功率WLCSP的典型可靠性测试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　测试程序和试样214

10.2.3　冲击测试的实验研究215

10.2.4　基于FEM的仿真与分析216

10.2.5　讨论221

10.3　WLCSP组装回流工艺和PCB设计的可靠性223

10.3.1　引言223

10.3.2　3种PCB设计及其FEA模型224

10.3.3　仿真结果228

10.3.4　讨论和改进计划230

10.4　WLCSP板级跌落测试234

10.4.1　引言234

10.4.2　WLCSP跌落测试和模型设置234

10.4.3　不同设计变量的跌落冲击仿真/测试及讨论237

10.4.4　跌落测试239

10.4.5　讨论241

10.5　WLCSP可靠性设计241

10.5.1　引言241

10.5.2　有限元模型设置242

10.5.3　跌落测试和热循环仿真结果243

10.5.4　跌落测试和热循环测试253

10.5.5　讨论257

10.6　总结257

参考文献258