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第1章 系统级封装技术介绍 1

1.1 引言 2

1.2 电子系统数据集成趋势 3

1.3 电子系统组成部分 4

1.4 系统技术演变 5

1.5 5个主要的系统技术 7

1.5.1 分立式器件的SOB技术 8

1.5.2 在单芯片上实现两个或多系统功能的SOC技术 9

1.5.3 多芯片模块（MCM）：两个或多个芯片水平互连封装集成 9

1.5.4 堆叠式IC和封装（SIP）：两个或多个芯片堆叠封装集成（3D Moore定律） 10

1.6 系统级封装技术（最好的IC和系统集成模块） 13

1.6.1 概述 13

1.6.2 微型化趋势 16

1.7 5个系统技术的比较 17

1.8 SOP全球发展状况 19

1.8.1 光学SOP 19

1.8.2 射频SOP 21

1.8.3 嵌入式无源SOP 21

1.8.4 MEMS SOP 21

1.9 SOP技术实施 22

1.10 SOP技术 24

1.11 总结 25

参考文献 26

第2章 片上系统（SOC）简介 29

2.1 引言 30

2.2 关键客户需求 31

2.3 SOC架构 33

2.4 SOC设计挑战 37

2.4.1 SOC设计阶段1——SOC定义与挑战 38

2.4.2 SOC设计阶段2——SOC创建过程与挑战 42

2.5 总结 57

参考文献 57

第3章 堆叠式IC和封装（SIP） 59

3.1 SIP定义 60

3.1.1 定义 60

3.1.2 应用 60

3.1.3 SIP的主要发展图和分类 61

3.2 SIP面临的挑战 63

3.2.1 材料和工艺流程问题 64

3.2.2 机械问题 64

3.2.3 电学问题 65

3.2.4 热学问题 66

3.3 非TSV SIP技术 69

3.3.1 非TSV SIP的历史变革 69

3.3.2 芯片堆叠 71

3.3.3 封装堆叠 83

3.3.4 芯片堆叠与封装堆叠 87

3.4 TSV SIP技术 88

3.4.1 引言 88

3.4.2 三维TSV技术的历史演变 91

3.4.3 基本的TSV技术 92

3.4.4 采用TSV的各种三维集成技术 98

3.4.5 硅载片技术 104

3.5 未来趋势 105

参考文献 106

第4章 混合信号（SOP）设计 111

4.1 引言 112

4.1.1 混合信号器件与系统 113

4.1.2 移动应用集成的重要性 114

4.1.3 混合信号系统架构 116

4.1.4 混合信号设计的挑战 116

4.1.5 制造技术 119

4.2 用于RF前端的嵌入式无源器件设计 119

4.2.1 嵌入式电感 120

4.2.2 嵌入式电容 123

4.2.3 嵌入式滤波器 124

4.2.4 嵌入式平衡－非平衡转换器 127

4.2.5 滤波器－Balun网络 129

4.2.6 可调谐滤波器 131

4.3 芯片－封装协同设计 133

4.3.1 低噪声放大器设计 134

4.3.2 并发振荡器设计 136

4.4 无线局域网的RF前端模块设计 140

4.5 设计工具 142

4.5.1 嵌入式RF电路尺寸设计 143

4.5.2 信号模型和电源传送网络 146

4.5.3 有理函数、网络合成与瞬态仿真 150

4.5.4 生产设计 154

4.6 耦合 158

4.6.1 模拟－模拟耦合 158

4.6.2 数字－模拟耦合 163

4.7 去耦合 166

4.7.1 数字应用中去耦的需要 168

4.7.2 贴片电容的问题 169

4.7.3 嵌入式去耦 169

4.7.4 嵌入式电容的特征 173

4.8 电磁带隙（EBG）结构 175

4.8.1 EBG结构分析与设计 176

4.8.2 EBG在抑制电源噪声方面的应用 179

4.8.3 EBG的辐射分析 181

4.9 总结 183

参考文献 184

第5章 射频系统级封装（RF SOP） 191

5.1 引言 192

5.2 RFSOP概念 192

5.3 RF封装技术的历史演变 195

5.4 RF SOP技术 196

5.4.1 建模与优化 196

5.4.2 RF基板材料技术 198

5.4.3 天线 198

5.4.4 电感器 205

5.4.5 RF电容器 208

5.4.6 电阻 213

5.4.7 滤波器 218

5.4.8 平衡－不平衡变换器 220

5.4.9 组合器 220

5.4.10 RF MEMS开关 221

5.4.11 电子标签（RFID）技术 227

5.5 RF模块集成 229

5.5.1 无线局域网（WLAN） 229

5.5.2 智能网络传输器（INC） 230

5.6 未来发展趋势 232

参考文献 234

第6章 集成芯片到芯片的光电子系统级封装 240

6.1 引言 241

6.2 光电子系统级封装（SOP）的应用 242

6.2.1 高速数字系统与高性能计算 242

6.2.2 RF－光学通信系统 243

6.3 薄层光电子SOP的挑战 244

6.3.1 光学对准 244

6.3.2 薄膜光学波导材料的关键物理和光学特性 245

6.4 光电子系统级封装的优点 248

6.4.1 高速电气与光学线路的性能对比 248

6.4.2 布线密度 249

6.4.3 功率损耗 251

6.4.4 可靠性 251

6.5 光电子系统级封装（SOP）技术的发展 252

6.5.1 板－板光学布线 253

6.5.2 芯片－芯片光互连 254

6.6 光电子SOP薄膜元件 256

6.6.1 无源薄膜光波电路 256

6.6.2 有源光电子SOP薄膜器件 265

6.6.3 三维光波电路的良机 265

6.7 SOP集成：界面光学耦合 267

6.8 芯片上的光学电路 271

6.9 光电子SOP的未来趋势 273

6.10 总结 273

参考文献 274

第7章 内嵌多层布线和薄膜元件的SOP基板 283

7.1 引言 284

7.2 基板集成技术的历史演变 286

7.3 SOP基板 287

7.3.1 动力与挑战 287

7.3.2 嵌入低介电常数的电介质、芯体与导体的超薄膜布线 289

7.3.3 嵌入式无源器件 309

7.3.4 嵌入式有源器件 321

7.3.5 散热材料和结构的微型化 324

7.4 SOP基板集成的未来 325

参考文献 326

第8章 混合信号SOP可靠性 330

8.1 系统级可靠性注意事项 331

8.1.1 失效机制 332

8.1.2 为可靠性而设计 333

8.1.3 可靠性验证 335

8.2 多功能SOP基板的可靠性 335

8.2.1 材料和工艺可靠性 336

8.2.2 数字功能可靠性与验证 341

8.2.3 射频功能可靠性及验证 344

8.2.4 光学功能可靠性及验证 346

8.2.5 多功能系统稳定性 348

8.3 基板与IC的互连可靠性 349

8.3.1 影响基板与集成电路互连可靠性的因素 350

8.3.2 100μm倒装芯片组装可靠性 351

8.3.3 防止芯片开裂的可靠性研究 356

8.3.4 焊点可靠性 356

8.3.5 界面黏结和湿气对底部填料可靠性的影响 357

8.4 未来的趋势和发展方向 360

8.4.1 发展焊料 360

8.4.2 柔性互连 361

8.4.3 焊料和纳米互连之外的选择 361

8.5 总结 362

参考文献 363

第9章 MEMS封装 369

9.1 引言 370

9.2 MEMS封装中的挑战 370

9.3 芯片级与晶圆级封装的对比 371

9.4 晶圆键合技术 372

9.4.1 直接键合 373

9.4.2 利用中间层键合 373

9.5 基于牺牲薄膜的密封技术 376

9.5.1 刻蚀牺牲层材料 376

9.5.2 牺牲层聚合物的分解 379

9.6 低损耗聚合物封装技术 382

9.7 吸气剂技术 383

9.7.1 非挥发性吸气剂 384

9.7.2 薄膜吸气剂 385

9.7.3 使用吸气剂提高MEMS可靠性 385

9.8 互连 387

9.9 组装 389

9.10 总结和展望 390

参考文献 391

第10章 晶圆级SOP 396

10.1 引言 397

10.1.1 定义 397

10.1.2 晶圆级封装——历史进程 398

10.2 布线形成与再分布 401

10.2.1 IC封装间距间隙 401

10.2.2 硅上再分布层关闭间距间隙 403

10.3 晶圆级薄膜嵌入式元件 403

10.3.1 再分布层中的嵌入式薄膜元件 404

10.3.2 硅载体基板上的嵌入式薄膜元件 404

10.4 晶圆级封装和互连（WLPI） 406

10.4.1 WLPI的分类 409

10.4.2 WLSOP装配 432

10.5 三维WLSOP 435

10.6 晶圆级检测及老化 436

10.7 总结 439

参考文献 439

第11章 系统级封装（SOP）散热 446

11.1 SOP散热基础 447

11.1.1 SOP热影响 448

11.1.2 基于SOP便携式产品的系统级热约束 449

11.2 SOP模块内热源 450

11.2.1 数字SOP 450

11.2.2 RFSOP 452

11.2.3 光电子SOP 453

11.2.4 MEMS SOP 454

11.3 传热模式基础 454

11.3.1 传导 455

11.3.2 对流 458

11.3.3 辐射换热 461

11.4 热分析原理 463

11.4.1 热分析数值方法 463

11.4.2 热分析的实验方法 469

11.5 热管理技术 470

11.5.1 概述 470

11.5.2 热设计技术 470

11.6 功率最小化方法 477

11.6.1 并行处理 478

11.6.2 动态电压和频率调节（DVFS） 478

11.6.3 专用处理器（ASP） 478

11.6.4 缓存功率优化 478

11.6.5 功率管理 479

11.7 总结 479

参考文献 479

第12章 系统级封装（SOP）模块及系统的电测试 485

12.1 SOP电测试面临的挑战 486

12.1.1 HVM测试过程的目标以及SOP面临的挑战 488

12.1.2 SOP HVM的测试流程 489

12.2 KGES测试 489

12.2.1 基板互连测试 489

12.2.2 嵌入式无源元件的测试 494

12.3 数字子系统的优质嵌入式模块测试 498

12.3.1 边界扫描——IEEE 1149.1 498

12.3.2 千兆赫数字测试：最新进展 502

12.4 混合信号和RF子系统的KGEM测试 505

12.4.1 测试策略 506

12.4.2 故障模型和检测质量 508

12.4.3 使用专用电路对规范参数的直接测量 509

12.4.4 混合信号和RF电路的替代测试方法 510

12.5 总结 523

参考文献 523

第13章 生物传感器SOP 530

13.1 引言 531

13.1.1 SOP：高度小型化的电子系统技术 531

13.1.2 用于小型化生物医疗植入物和传感系统的生物传感器SOP 531

13.1.3 生物传感器SOP组成 535

13.2 生物传感 535

13.2.1 生物流体传送微通道 535

13.2.2 生物感应单元（探针）设计和制备 536

13.2.3 探针－目标分子杂交 538

13.3 信号转换 540

13.3.1 信号转换元件中的纳米材料和纳米结构 541

13.3.2 信号转换元件的表面改性和生物功能化 543

13.3.3 信号转换方法 544

13.4 信号探测和电子处理 548

13.4.1 低功率ASIC和生物SOP的合成信号设计 548

13.4.2 生物SOP基板集成技术 551

13.5 总结和未来趋势 551

13.5.1 概述 551

13.5.2 纳米生物SOP集成的挑战 552

参考文献 553

缩略语 555