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| 編輯推薦： |
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本书系统地讨论了工业芯片封装技术的发展，QFN/BGA等典型的封装工艺，封装载板、界面结合材料等关键封装材料，传统的和先进的封装设计方法学，封装热设计及应力优化，封装信号完整性和封装电源完整性问题的产生机理与仿真优化方法，多物理场仿真分析，以及国内外封装可靠性现状与标准等内容。适合从事芯片设计、芯片封装等集成电路相关科研、生产、应用、项目管理及市场营销等从业人员阅读，也可作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的参考书。
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| 內容簡介： |
工业芯片封装技术已成为衡量工业芯片研发成功与否的关键因素之一，它贯穿于芯片设计、系统设计等整个产品研发流程。随着工业芯片性能、集成度，以及晶体管规模的提升，其对工业芯片封装技术的要求也越加严苛。这主要体现在封装体内裸芯片的高集成度、优异的封装互连电气传输特性、稳定的封装电源供电网络、高散热封装通道和低应力封装结构这五个方面。依据工业芯片封装这五个方面要求，衍生出了几乎所有常见的先进封装技术，这些技术涵盖了封装工艺、封装材料、封装设计和仿真方法等多个方面。本书系统地讨论了工业芯片封装技术的发展，QFN/BGA等典型的封装工艺，封装载板、界面结合材料等关键封装材料，传统的和先进的封装设计方法学，封装热设计及应力优化，封装信号完整性和封装电源完整性问题的产生机理与仿真优化方法，多物理场仿真分析，以及国内外封装可靠性现状与标准等内容。
本书适合从事芯片设计、芯片封装等集成电路相关科研、生产、应用、项目管理及市场营销等从业人员阅读，也可作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的参考书。
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| 關於作者： |
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李德建，男，清华大学毕业，北京智芯微电子科技有限公司数字芯片设计中心总经理。有20年的芯片研发经验，长期开展电力芯片关键技术研究，主持、参与国家重点研发计划等重大研发项目，发表学术论文46篇，获得国家发明专利授权82项、海外发明专利授权5项，出版专著2本。
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| 目錄：
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前言
第1章 芯片封装概述1
1.1 引言1
1.2 芯片封装1
1.3 芯片与封装的发展历程3
1.4 技术发展趋势8
参考文献8
第2章 芯片封装工艺9
2.1 引言9
2.2 常见工业芯片封装工艺10
2.2.1 工业芯片封装工艺特点10
2.2.2 QFN封装工艺流程14
2.2.3 WBBGA封装工艺流程17
2.2.4 倒装芯片封装工艺流程21
2.3 先进封装概述24
2.3.1 扇出型封装技术24
2.3.2 2.5D封装技术30
2.3.3 3D集成封装技术37
参考文献46
第3章 关键封装材料49
3.1 引言49
3.2 封装载板49
3.2.1 封装载板在工业芯片封装中的应用49
3.2.2 引线框架的分类51
3.2.3 封装基板的分类54
3.2.4 先进封装用转接板59
3.3 塑封料63
3.3.1 塑封料在工业芯片封装中的应用63
3.3.2 塑封料的分类和特性64
3.3.3 塑封料的发展趋势66
3.4 互连材料66
3.4.1 互连材料在工业芯片封装中的应用66
3.4.2 互连材料的分类和特性68
3.4.3 互连材料的发展趋势70
3.5 界面结合材料71
3.5.1 界面结合材料在工业芯片封装中的应用71
3.5.2 界面结合材料的分类和特性72
3.5.3 界面结合材料的发展趋势78
3.6 临时键合胶81
3.6.1 临时键合胶在工业芯片封装中的应用82
3.6.2 临时键合胶的分类和特性83
3.6.3 临时键合技术的发展趋势85
3.7 底部填充胶85
3.7.1 底部填充胶在工业芯片封装中的应用86
3.7.2 底部填充胶的分类和特性86
3.7.3 底部填充胶的发展趋势89
参考文献89
第4章 芯片封装设计93
4.1 引言93
4.2 封装设计方法学演进93
4.2.1 传统封装设计方法94
4.2.2 协同设计方法95
4.3 封装选型98
4.4 封装设计输入102
4.4.1 芯片与封装的建模102
4.4.2 芯片与封装的互连关系103
4.5 封装载板设计105
4.5.1 引线框架类封装设计105
4.5.2 基板类封装设计106
4.6 封装加工图纸设计108
4.7 工业芯片封装设计实例111
4.7.1 FCBGA封装选型与规格制定111
4.7.2 HybridBGA封装评估113
参考文献123
第5章 芯片封装热管理124
5.1 引言124
5.2 热量耗散方式124
5.2.1 被动式散热125
5.2.2 主动式散热126
5.3 封装热阻131
5.3.1 封装热阻的分类132
5.3.2 封装热阻的影响因素133
5.3.3 封装热阻的未来发展趋势134
5.4 热阻计算方法134
5.4.1 理论公式135
5.4.2 有限元模拟137
5.4.3 RC热网络模型140
5.4.4 实验测量141
5.5 工业芯片封装热设计146
5.5.1 工业芯片封装热设计的特点146
5.5.2 高效散热设计方法148
5.5.3 工业芯片封装热设计分析实例150
参考文献155
第6章 芯片封装机械性能158
6.1 引言158
6.2 应力产生机制158
6.2.1 应力分类158
6.2.2 应力导致的失效159
6.3 应力分析方法163
6.3.1 有限元数值方法163
6.3.2 经典理论方法164
6.3.3 实际测量方法165
6.4 工业芯片封装应力优化171
6.4.1 工业芯片翘曲分析和优化实例171
6.4.2 工业芯片CPI应力分析和优化实例174
参考文献180
第7章 封装信号完整性183
7.1 引言183
7.2 信号完整性概述183
7.2.1 信号完整性产生机制185
7.2.2 时域与频域186
7.2.3 阻抗与信号完整性189
7.2.4 传输线与回流192
7.3 频域信号完整性195
7.3.1 寄生参数分析196
7.3.2 S参数的应用196
7.3.3 传输线上的信号串扰197
7.4 系统级信号完整性199
7.4.1 系统级信号完整性仿真的特点199
7.4.2 SPICE和IBIS简介199
7.4.3 系统级时域信号完整性仿真模型200
7.5 常见的封装信号完整性优化方法202
7.5.1 信号回流不连续对信号完整性的影响202
7.5.2 过孔对信号完整性的影响204
7.5.3 包地对信号完整性的影响204
7.5.4 表面粗糙度对信号完整性的影响205
7.5.5 温度对信号完整性的影响207
7.6 工业芯片信号完整性优化分析实例210
7.6.1 封装S参数仿真210
7.6.2 信号时域仿真214
参考文献216
第8章 封装电源完整性220
8.1 引言220
8.2 电源完整性概述221
8.2.1 电源完整性产生机制222
8.2.2 直流和交流223
8.2.3 电源完整性关键特征224
8.3 直流信号完整性224
8.3.1 直流压降225
8.3.2 电流密度225
8.3.3 系统级封装直流电源完整性仿真模型226
8.4 交流信号完整性227
8.4.1 PDN的应用227
8.4.2 芯片功耗模型简介228
8.4.3 系统级交流电源完整性仿真模型229
8.5 常见的封装电源完整性优化方法230
8.5.1 PDN对电源完整性的影响230
8.5.2 多电源域隔离对电源完整性的影响231
8.5.3 过孔对电源完整性的影响232
8.5.4 去耦电容对电源完整性的影响232
8.5.5 温度对电源完整性的影响233
8.6 工业芯片电源完整性优化分析实例234
8.6.1 封装寄生参数仿真234
8.6.2 IP_A/IP_B仿真结果235
8.6.3 PKG DC要求236
8.6.4 PKG DC仿真结果238
8.6.5 封装去耦电容241
8.6.6 系统级AC Ripple仿真分析244
参考文献247
第9章 多物理域联合优化 249
9.1 引言249
9.2 多物理场耦合250
9.2.1 场与多场耦合的概念250
9.2.2 研究方法251
9.2.3 耦合问题模型254
9.2.4 耦合关系分类255
9.2.5 芯片封装中的多场耦合问题256
9.3 电热耦合259
9.3.1 电热耦合现象259
9.3.2 电传导分析263
9.3.3 电热耦合作用263
9.4 热力耦合264
9.4.1 热力耦合现象264
9.4.2 传热过程分析265
9.4.3 弹性力学分析266
9.4.4 热力耦合作用267
9.4.5 热应力计算方法267
9.5 电迁移268
9.5.1 电迁移的失效现象268
9.5.2 电迁移的失效驱动机制269
9.5.3 电迁移仿真方法270
9.6 多物理场耦合的实例分析273
参考文献278
第10章 封装可靠性280
10.1 引言280
10.2 可靠性标准现状280
10.2.1 国外可靠性标准现状281
10.2.2 国内可靠性标准现状285
10.3 可靠性标准体系287
10.3.1 标准体系构建原则287
10.3.2 标准体系293
10.4 封装可靠性标准对比296
10.4.1 预处理-Precon标准对比296
10.4.2 温度循环标准对比298
10.4.3 高温储存标准对比301
10.4.4 温湿度无偏压高加速应力测试标准对比304
10.4.5 可焊性标准对比307
10.4.6 高压蒸煮试验标准对比309
10.4.7 静电类标准对比311
10.5 可靠性与封装工艺312
10.6 封装的失效模式和失效机理316
10.7 典型的可靠性解决案例324
10.8 芯片可靠性发展趋势展望324
参考文献326
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| 內容試閱：
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在工业4.0浪潮席卷全球、智能制造成为产业升级核心引擎的今天，工业芯片作为各类工业控制系统、智能装备和能源管理设备的“心脏”，其性能、可靠性与稳定性直接决定了工业生产的效率、安全与智能化水平。封装技术作为连接芯片裸片与外部应用环境的关键桥梁，不仅是保护芯片免受物理损伤、湿热侵蚀的 “防护屏障”，更是优化芯片散热效率、保障电气性能和拓展应用场景的 “核心支撑”。它既决定了芯片能否在高温、高湿、强振动的恶劣工业环境中长期稳定工作，也直接影响着工业设备的小型化、集成化与低成本化发展。
工业场景的特殊性，赋予了工业芯片封装技术区别于消费电子芯片的独特要求：在极端工况下的长期可靠性、高功率密度下的高效散热性能，以及适应工业设备长生命周期的耐久性，这些都对封装材料选择、结构设计、工艺优化提出了严苛要求。随着工业芯片向高密度、高频率、高功率方向演进，以及与5G、边缘计算、工业物联网等新技术的深度融合，封装技术正从传统的 “保护与互连”功能，向系统集成、性能增强和功能拓展的高阶形态跨越。SiP（系统级封装）、WLP（晶圆级封装）和Chiplet（芯粒）封装等先进技术不断涌现，成为突破芯片性能瓶颈、实现工业应用定制化需求的关键路径。
然而，当前国内关于芯片封装技术的专业书籍，多聚焦于通用电子封装的基础理论，或侧重消费电子领域的技术应用，针对工业场景特殊性的系统性论述较为匮乏。面对工业领域对高可靠封装技术的迫切需求，以及相关技术人员对专业知识体系的渴求，我们始终认为，一线实践中沉淀的技术经验与工程方法，能为行业发展提供更具针对性的参考。
北京智芯微电子科技有限公司成立于2010年，专注于工业芯片研发及产业化推广。公司的工业芯片封装研发团队专注此领域十余年，已完成百余款工业领域芯片的封装开发，形成了完整的适用于工业芯片的封装开发的技术储备。基于一线研发实践、工程经验与行业沉淀，我们编写了《工业芯片封装技术》，以“全流程、多维度、重实践”的内容体系，分享技术方法与思考。
本书围绕工业芯片封装技术核心环节与需求，构建从基础认知到高阶应用的知识框架，各章节内容提要如下：
第1章为芯片封装概述。主要包括芯片封装概念介绍，芯片与封装的发展历程，封装技术发展趋势。
第2章为芯片封装工艺。首先概述工业芯片封装工艺的特点；接着以QFN封装、WBBGA封装和倒装芯片封装为例，深入探讨封装工艺流程；最后为先进封装工艺的概述。本章详细探讨扇出型封装技术的发展历程，阐述其基本工艺流程，特别是重布线层工艺的关键流程，同时分析了扇出型封装的显著优点及其当前面临的挑战。本章还介绍了2.5D封装技术的发展及其工艺流程，以及基于TSV、TGV、无通孔转接板和无转接板的2.5D封装结构，同时总结了2.5D封装技术的突出优势及其所面临的挑战。在3D集成封装技术方面，本章概述了3D集成封装，说明封装堆叠和芯片堆叠的实施方案，并深入剖析TSV技术、堆叠技术等关键技术在3D集成封装中所面临的挑战。
第3章为关键封装材料。首先介绍引线框架、封装基板以及先进封装用转接板三种常见的载板。其次介绍塑封料，包括塑封料在工业芯片封装中的应用、分类以及发展趋势。最后介绍封装中的关键互连材料，包括键合线、焊盘以及凸点材料。在界面结合材料方面，主要介绍贴片材料和热界面材料的特性、分类以及最新的发展趋势。临时键合胶和底部填充胶为先进封装和倒装封装中的关键材料，本章分别从其应用、特性及分类进行深入介绍。
第4章为芯片封装设计。芯片封装设计的核心目标是为芯片选择合适的封装方案，以满足电气、热、机械等方面的性能需求，并兼顾量产可行性与可靠性。首先，介绍封装设计方法从传统方式向协同设计方法的演进。其次，详细介绍封装选型依据。随后介绍封装设计输入、芯片与封装的互连关系设计、封装载板设计，以及封装加工图样设计。最后，以FCBGA封装和HybridBGA封装为例，详细介绍封装选型、方案制定等内容。
第5章为芯片封装热管理。首先介绍被动式散热与主动式散热两种热量耗散方式。紧接着对封装热阻的分类、封装热阻的影响因素以及未来的发展趋势进行介绍。本章从理论公式、有限元模拟、RC热网络模型以及实验测试四个方面介绍封装热阻计算方法。最后，阐述工业芯片封装热设计的特点以及实例分析。
第6章为芯片封装机械性能。首先，介绍封装中常见的应力分类，以及应力导致的分层、翘曲和断裂等失效。其次，介绍应力分析方法，包括有限元数值方法、经典理论方法和实际测量方法。最后，以FCCSP翘曲及CPI应力分析为例，探讨工业芯片封装应力优化。
第7章为封装信号完整性。先后概述了封装中常见的信号完整性问题、封装仿真工具、信号完整性的产生机制、时域与频域及阻抗与信号完整性的关系、传输线与回流的关系。在频域信号完整性方面，依次阐述寄生参数分析、S参数的应用，以及传输线上的信号串扰。在系统级信号完整性方面，着重介绍系统级信号完整性仿真的特点、SPICE和IBIS简介及系统级时域信号完整性仿真模型。随后简单介绍几种常见的封装信号完整性优化方法。最后，以某工业芯片信号完整性优化为实例，介绍封装S参数仿真和时域仿真。
第8章为封装电源完整性。先后介绍电源完整性仿真工具与产生机制，直流与交流信号完整性分析以及电源完整性的关键特征。在直流信号完整性方面，主要介绍直流压降与电流密度两大关键问题。在交流信号完整性方面，主要介绍PDN的应用、CPM以及系统级交流电源完整性仿真。其次，列举了几种对电源完整性影响因素，包括PDN、多电源域隔离、过孔、去耦电容和温度。最后，给出工业芯片电源完整性优化分析实例，概括介绍工业芯片封装电源完整性仿真的内容和步骤。
第9章为多物理域联合优化。首先介绍场与多场耦合的概念，多场耦合问题的研究方法，其次介绍了耦合问题模型和关系分类，芯片封装中的多场耦合问题。接着详细地介绍电热耦合现象，从器件层面和封装层面分析耦合机理。在热力耦合领域，深入分析热力耦合机理、传热过程和弹性力学，并探讨热力耦合作用以及热应力计算方法。随后详细介绍电迁移问题，包括电迁移失效现象、电迁移失效驱动机制及电迁移仿真方法。最后为工业芯片多物理场耦合的实例分析。
第10章为封装可靠性。首先，介绍国内外可靠性标准现状，以及在可靠性标准体系中标准体系的构建原则与基础标准、产品标准。其次，对封装可靠性标准进行对比，涵盖预处理、温度循环、高温储存、温湿度无偏压高加速应力测试、可焊性、高压蒸煮试验和静电等多个方面。随后分析可靠性与封装工艺的关系、封装的失效模式和失效机理、典型的可靠性解决案例。最后对封装可靠性的发展进行了趋势展望。
本书由李德建、李博夫、韩顺枫、李大猛、巩宝良编著，在编写过程中得到了很多人的指导与帮助，此处一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请读者批评指正。
编著者
2025年8月
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