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集成电路系统级封装

作译者：梁新夫

出版时间：2021-10 千字数：509 版次：01-01 页数：404

开本：16开装帧： I S B N ：9787121421297

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纸质书定价：￥158.0

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第1章  系统集成的发展历程	
  1.1  系统级封装技术的发展	
    1.1.1  系统级封装技术发展历史	
    1.1.2  系统级封装技术的开发和专利申请	
  1.2  系统级封装的结构与特点	
    1.2.1  2D封装结构	
    1.2.2  2.5D封装结构	
    1.2.3  3D封装结构	
  1.3  系统级封装的应用驱动	
    1.3.1  系统级封装的性能与功能	
    1.3.2  系统级封装的小型化、高性价比	
    1.3.3  系统级封装的可靠性	
    1.3.4  系统级封装的技术发展	
  参考文献	
第2章  系统级封装集成的应用	
  2.1  系统级封装在高性能处理器方面的应用	
    2.1.1  系统级封装在内存技术中的应用	
    2.1.2  系统级封装在高性能图像处理器与显存技术中的应用	
    2.1.3  系统级封装在其他高性能处理芯片中的应用	
  2.2  系统级封装在无线通信模块中的应用	
    2.2.1  系统级封装应用于无线通信模块的优势	
    2.2.2  系统级封装应用于无线通信系统	
    2.2.3  发展趋势和挑战	
  2.3  系统级封装技术在固态硬盘方面的应用	
    2.3.1  SSD原理	
    2.3.2  3D NAND和3D封装集成SSD	
    2.3.3  3D集成封装技术在SSD中的应用实例	
    2.3.4  发展趋势	
  2.4  系统级封装在电源模块、功率模块中的应用	
    2.4.1  电源模块、功率模块的简介	
    2.4.2  电源、功率元器件半导体材料	
    2.4.3  电源模块、功率模块封装结构及关键技术	
    2.4.4  电源模块、功率模块发展趋势	
  2.5  系统级封装在MEMS中的应用	
    2.5.1  MEMS传感器系统级封装的结构和先进互连技术	
    2.5.2  MEMS传感器的系统级封装实例	
    2.5.3  MEMS系统级封装发展趋势与挑战	
  2.6  系统级封装集成在智能手机、可穿戴设备、物联网中的应用	
    2.6.1  系统级封装集成在智能手机中的应用	
    2.6.2  系统级封装集成在可穿戴设备中的应用	
    2.6.3  系统级封装集成在物联网中的应用	
    2.6.4  发展展望	
  参考文献	
第3章  系统级封装的综合设计	
  3.1  系统级封装设计导论	
  3.2  系统级封装设计概述	
    3.2.1  设计流程	
    3.2.2  封装设计	
    3.2.3  基板设计	
    3.2.4  高密度结构设计	
    3.2.5  可靠性设计	
  3.3  电性能的分析与优化	
    3.3.1  传输线的影响分析	
    3.3.2  串扰分析与优化	
    3.3.3  电磁干扰分析与优化	
    3.3.4  电源完整性分析与优化	
    3.3.5  高速系统板设计的分析与优化	
  3.4  热性能的分析与优化设计	
    3.4.1  热设计	
    3.4.2  散热机理	
    3.4.3  JEDEC标准	
    3.4.4  热仿真流程及热仿真模型	
    3.4.5  封装散热分析优化	
  3.5  机械性能的分析与优化	
    3.5.1  材料常规机械属性	
    3.5.2  封装中的应力优化	
  参考文献	
第4章  系统级封装集成基板	
  4.1  陶瓷基板	
    4.1.1  厚膜陶瓷基板	
    4.1.2  薄膜陶瓷基板	
    4.1.3  低温共烧陶瓷基板	
    4.1.4  高温共烧陶瓷基板	
  4.2  高密度金属引线框架基板	
    4.2.1  金属引线框架材料	
    4.2.2  金属引线框架的制造工艺	
    4.2.3  高密度金属引线框架	
    4.2.4  大功率金属引线框架	
  4.3  高密度有机基板	
    4.3.1  有机基板材料组成	
    4.3.2  多层基板	
    4.3.3  无芯基板	
    4.3.4  超薄单层基板	
    4.3.5  埋入式基板	
    4.3.6  有机基板制造工艺	
  4.4  预包封引线互联系统基板	
    4.4.1  单层MIS基板	
    4.4.2  多层MIS基板	
    4.4.3  埋入式MIS基板	
    4.4.4  MIS基板的制造工艺	
  4.5  转接板	
    4.5.1  转接板的主要类型及应用	
    4.5.2  转接板的典型工艺流程	
    4.5.3  转接板的关键工艺技术	
  4.6  扇出型晶圆级封装无基板重布线连接	
    4.6.1  简介	
    4.6.2  结构和材料	
    4.6.3  工艺流程及特点	
    4.6.4  FOWLP与有机基板封装的性能对比	
  参考文献	
第5章  封装集成所用芯片、元器件和材料	
  5.1  芯片	
    5.1.1  芯片的分类	
    5.1.2  芯片的封装形式	
  5.2  无源元器件	
    5.2.1  贴片电阻	
    5.2.2  贴片电容	
    5.2.3  贴片电感	
  5.3  集成无源器件	
    5.3.1  表面贴装陶瓷集成无源器件	
    5.3.2  晶圆级集成无源器件	
    5.3.3  无源元器件埋入式基板集成	
  5.4  滤波器、晶振、天线、指纹传感器	
    5.4.1  信号滤波器	
    5.4.2  晶振	
    5.4.3  天线	
    5.4.4  指纹传感器	
  5.5  封装关键材料	
    5.5.1  装片胶材料	
    5.5.2  凸点材料	
    5.5.3  引线键合材料	
    5.5.4  塑封料	
    5.5.5  锡焊球材料	
  参考文献	
第6章  封装集成关键技术及工艺	
  6.1  表面贴装工艺	
    6.1.1  SMT工艺	
    6.1.2  系统级封装高密度贴装工艺	
    6.1.3  SMT工艺关键技术	
    6.1.4  SMT设备	
    6.1.5  SMT材料	
  6.2  引线键合工艺	
    6.2.1  引线键合过程	
    6.2.2  金属丝引线键合的工艺难点	
    6.2.3  引线键合的精确控制	
  6.3  倒装工艺	
    6.3.1  倒装工艺背景和历史	
    6.3.2  倒装芯片互连结构	
    6.3.3  凸点下层金属化	
    6.3.4  UBM金属层的制备	
    6.3.5  凸点材料的选择与制备	
    6.3.6  倒装键合工艺	
  6.4  底部填充工艺	
    6.4.1  底部填充工艺的作用	
    6.4.2  底部填充工艺和相关主要材料	
    6.4.3  底部填充材料的关键性能	
    6.4.4  底部填充材料的发展趋势	
  6.5  硅通孔工艺	
    6.5.1  硅通孔制造工艺	
    6.5.2  深反应离子蚀刻	
    6.5.3  绝缘层沉积	
    6.5.4  扩散阻挡层和种子黏附层的沉积	
    6.5.5  硅通孔镀铜	
  6.6  重布线工艺	
    6.6.1  电镀铜重布线	
    6.6.2  大马士革重布线	
    6.6.3  金属蒸镀+金属剥除重布线	
  6.7  临时键合与解键合工艺	
    6.7.1  热/机械滑移式临时键合与解键合	
    6.7.2  化学浸泡式临时键合与解键合	
    6.7.3  激光式临时键合与解键合	
  6.8  塑封工艺	
    6.8.1  塑封前等离子清洗	
    6.8.2  塑封工艺的分类	
    6.8.3  影响塑封工艺的关键因素	
    6.8.4  塑封后固化烘烤	
  参考文献	
第7章  系统级封装集成结构	
  7.1  陶瓷封装集成结构	
    7.1.1  陶瓷封装的类型及工艺	
    7.1.2  多腔陶瓷封装结构	
    7.1.3  采用不同基板的陶瓷封装结构	
    7.1.4  基板与外壳一体化的陶瓷封装结构	
    7.1.5  陶瓷封装叠层结构	
  7.2  多芯片堆叠封装结构	
    7.2.1  封装体内裸芯片堆叠的方案	
    7.2.2  主要相关工艺技术介绍	
  7.3  埋入式封装结构	
    7.3.1  埋入式基板	
    7.3.2  预包封引线互联系统基板封装结构	
  7.4  封装体堆叠封装结构	
    7.4.1  PoP封装结构简介	
    7.4.2  PoP底部封装结构及工艺	
    7.4.3  PoP结构的现状和发展	
  7.5  双面封装结构	
    7.5.1  引线键合双面封装结构	
    7.5.2  双面封装流程	
  7.6  MEMS封装结构	
    7.6.1  MEMS产品	
    7.6.2  MEMS传感器种类和应用	
    7.6.3  MEMS传感器封装结构	
    7.6.4  晶圆级芯片封装	
  7.7  2.5D封装结构	
    7.7.1  2.5D硅转接板封装结构	
    7.7.2  2.5D封装的工艺流程	
    7.7.3  2.5D埋入式多芯片桥连封装结构	
    7.7.4  2.5D无转接板封装结构	
    7.7.5  2.5D封装技术的现状和发展	
  7.8  扇出型封装结构	
    7.8.1  芯片朝下的扇出型系统级封装	
    7.8.2  芯片朝上的扇出型系统级封装	
    7.8.3  2.5D扇出型系统级封装结构	
    7.8.4  EWLB堆叠封装结构	
    7.8.5  集成扇出型堆叠封装结构	
    7.8.6  扇出型系统级封装的发展趋势	
  参考文献	
第8章  集成功能测试	
  8.1  系统级封装测试	
    8.1.1  晶圆测试	
    8.1.2  封装成品测试	
    8.1.3  可靠性测试	
    8.1.4  板级系统测试	
    8.1.5  系统级封装成品测试流程	
  8.2  系统级封装测试项目	
    8.2.1  系统级封装通用测试项目	
    8.2.2  模拟电路测试项目	
    8.2.3  数字电路测试项目	
    8.2.4  射频电路测试项目	
    8.2.5  混合信号电路测试项目	
  8.3  测试机	
    8.3.1  测试机市场	
    8.3.2  测试机结构	
    8.3.3  测试机选型	
  8.4  系统级封装测试技术要求	
  8.5  系统级封装量产测试	
  8.6  系统级封装测试的发展趋势	
  参考文献	
第9章  可靠性与失效分析	
  9.1  系统级封装可靠性	
    9.1.1  系统级封装的可靠性要求	
    9.1.2  系统级封装的可靠性	
  9.2  可靠性试验	
    9.2.1  塑封芯片短时间封装可靠性试验	
    9.2.2  塑封芯片长时间封装可靠性测试	
    9.2.3  板级可靠性加速测试	
  9.3  失效分析	
    9.3.1  热点分析技术	
    9.3.2  无损探伤技术	
    9.3.3  聚焦离子束技术	
    9.3.4  剥层技术	
    9.3.5  失效分析方法与流程	
    9.3.6  其他失效分析手段	
  9.4  系统级封装常见失效模式	
    9.4.1  芯片常见缺陷	
    9.4.2  多芯片封装集成常见失效模式	
    9.4.3  多芯片堆叠封装常见失效模式	
    9.4.4  PoP常见失效模式	
    9.4.5  MEMS封装常见失效模式	
  9.5  系统级封装典型失效案例分析	
    9.5.1  板级案例分析——焊锡桥连	
    9.5.2  板级案例分析——金属残留	
    9.5.3  板级案例分析——静电释放短路	
    9.5.4  板级案例分析——电气过载开路	
    9.5.5  板级案例分析——焊锡流失开路	
    9.5.6  板级案例分析——元器件触碰失效	
    9.5.7  板级案例分析——元器件锡桥连	
  9.6  系统级封装可靠性持续改善	
    9.6.1  内应力与结合强度	
    9.6.2  玻璃转换温度	
    9.6.3  减小潜变应力	
  参考文献	
  通用术语

“集成电路系列丛书”主编序言
                               培根之土    润苗之泉    启智之钥    强国之基

      王国维在其《蝶恋花》一词中写道：“最是人间留不住，朱颜辞镜花辞树”，这似乎是人世间不可挽回的自然规律。然而，人们还是通过各种手段，借助于各种媒介，留住了人们对时光的记忆，表达了人们对未来的希冀。
      图书，尤其是纸版图书，是数量最多、使用最悠久的记录思想和知识的载体。品《诗经》，我们体验了青春萌动；阅《史记》，我们听到了战马嘶鸣；读《论语》，我们学习了哲理思辨；赏《唐诗》，我们领悟了人文风情。
      尽管人们现在可以把律动的声像寄驻在胶片、磁带和芯片之中，为人们的感官带来海量信息，但是图书中的文字和图像依然以它特有的魅力，擘画着发展的总纲，记录着胜负的苍黄，展现着感性的豪放，挥洒着理性的张扬，凝聚着色彩的神韵，回荡着音符的铿锵，驰骋着心灵的激越，闪烁着智慧的光芒。
      《辞海》中把书籍、期刊、画册、图片等出版物的总称定义为“图书”。通过林林总总的“图书”，我们知晓了电子管、晶体管、集成电路的发明，了解了集成电路科学技术、市场、应用的成长历程和发展规律。以这些知识为基础，自20世纪50年代起，我国集成电路技术和产业的开拓者踏上了筚路蓝缕的征途。进入21世纪以来，我国的集成电路产业进入了快速发展的轨道，在基础研究、设计、制造、封装、设备、材料等各个领域均有所建树，部分成果也在世界舞台上拥有一席之地。
      为总结昨日经验，描绘今日景象，展望明日梦想，编撰“集成电路系列丛书”（以下简称“丛书”）的构想成为我国广大集成电路科学技术和产业工作者共同的夙愿。
      2016年，“丛书”编委会成立，开始组织全国近500名作者为“丛书”的第一部著作《集成电路产业全书》（以下简称《全书》）撰稿。2018年9月12日，《全书》首发式在北京人民大会堂举行，《全书》正式进入读者的视野，受到教育界、科研界和产业界的热烈欢迎和一致好评。其后，《全书》英文版Handbook of Integrated Circuit Industry的编译工作启动，并决定由电子工业出版社和全球最大的科技图书出版机构之一——施普林格（Springer）合作出版发行。
      受体量所限，《全书》对于集成电路的产品、生产、经济、市场等，采用了千余字“词条”描述方式，其优点是简洁易懂，便于查询和参考；其不足是因篇幅紧凑，不能对一个专业领域进行全方位和详尽的阐述。而“丛书”中的每一部专著则因不受体量影响，可针对某个专业领域进行深度与广度兼容的、图文并茂的论述。“丛书”与《全书》在满足不同读者需求方面，互补互通，相得益彰。
      为更好地组织“丛书”的编撰工作，“丛书”编委会下设了12个分卷编委会，分别负责以下分卷：
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路发展史论和辩证法
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业经济学
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业管理
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业教育和人才培养
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路发展前沿与基础研究
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产品、市场与投资
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路设计
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路制造
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路封装测试
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业专用装备
      ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业专用材料
      ☆ 集成电路系列丛书·化合物半导体的研究与应用
      2021年，在业界同仁的共同努力下，约有10部“丛书”专著陆续出版发行，献给中国共产党百年华诞。以此为开端，2021年以后，每年都会有纳入“丛书”的专著面世，不断为建设我国集成电路产业的大厦添砖加瓦。到2035年，我们的愿景是，这些新版或再版的专著数量能够达到近百部，成为百花齐放、姹紫嫣红的“丛书”。
      在集成电路正在改变人类生产方式和生活方式的今天，集成电路已成为世界大国竞争的重要筹码，在中华民族实现复兴伟业的征途上，集成电路正在肩负着新的、艰巨的历史使命。我们相信，无论是作为“集成电路科学与工程”一级学科的教材，还是作为科研和产业一线工作者的参考书，“丛书”都将成为满足培养人才急需和加速产业建设的“及时雨”和“雪中炭”。
      科学技术与产业的发展永无止境。当2049年中国实现第二个百年奋斗目标时，后来人可能在21世纪20年代书写的“丛书”中发现这样或那样的不足，但是，仍会在“丛书”著作的严谨字句中，看到一群为中华民族自立自强做出奉献的前辈们的清晰足迹，感触到他们在质朴立言里涌动的满腔热血，聆听到他们的圆梦之心始终跳动不息的声音。
      书籍是学习知识的良师，是传播思想的工具，是积淀文化的载体，是人类进步和文明的重要标志。愿“丛书”永远成为培育我国集成电路科学技术生根的沃土，成为润泽我国集成电路产业发展的甘泉，成为启迪我国集成电路人才智慧的金钥，成为实现我国集成电路产业强国之梦的基因。
      编撰“丛书”是浩繁卷帙的工程，观古书中成为典籍者，成书时间跨度逾十年者有之，涉猎门类逾百种者亦不乏其例：
      《史记》，西汉司马迁著，130卷，526500余字，历经14年告成；
      《资治通鉴》，北宋司马光著，294卷，历时19年竣稿；
      《四库全书》，36300册，约8亿字，清360位学者共同编纂，3826人抄写，耗时13年编就；
      《梦溪笔谈》，北宋沈括著，30卷，17目，凡609条，涉及天文、数学、物理、化学、生物等各个门类学科，被评价为“中国科学史上的里程碑”；
      《天工开物》，明宋应星著，世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作，3卷18篇，123幅插图，被誉为“中国17世纪的工艺百科全书”。
      这些典籍中无不蕴含着“学贵心悟”的学术精神和“人贵执着”的治学态度。这正是我们这一代人在编撰“丛书”过程中应当永续继承和发扬光大的优秀传统。希望“丛书”全体编委以前人著书之风范为准绳，持之以恒地把“丛书”的编撰工作做到尽善尽美，为丰富我国集成电路的知识宝库不断奉献自己的力量；让学习、求真、探索、创新的“丛书”之风一代一代地传承下去。

                                                                                                      王阳元
                                                                                       2021年7月1日于北京燕园

 
                                                                           前言
      系统级封装（System-in-Package，SiP）是通过封装技术实现芯片特定功能的系统综合集成技术。系统级封装通常将单个或多个功能芯片，包括处理器、存储器、模拟功放、射频通信芯片等，与各类分立元器件、无源元器件（如电阻、电感、电容）及各种微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）传感器芯片或光学元器件，通过系统设计及特定的封装工艺在通用基板上集成为单一封装综合体或模块，从而实现具有完整设计功能的系统或子系统电路集成。与常用的集成在相同硅制程工艺单一硅基上系统芯片（System-on-Chip，SoC）侧重于相同或类似的数字及逻辑电路不同，系统级封装更适用于在单一芯片上无法或很难实现功能集成的微波、射频、功率等模拟电路，以及集成不同硅制程工艺处理器和存储芯片功能的系统应用。
      系统级封装技术的发展可以追溯到已有几十年应用历史的基于陶瓷基板或有机基板的多芯片模块技术（Multi Chip Module，MCM）。通过使用细间距表面贴装技术（Surface Mount Technology，SMT）、堆叠及3D芯片等高密度封装工艺，系统级封装能够有效实现局部高密度功能集成，减小封装模块的印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）尺寸，降低PCB的互连密度和成本。通过现有芯片和无源元器件的组合，系统级封装产品的开发周期短，产品开发成本得到大幅降低。另外，系统级封装和产品测试可以确保功能模块性能的一致性，提高产品的良率，增强产品的性能。系统级封装的这些优异特性使其在对芯片、元器件、结构和工艺非常敏感的射频、微波、蓝牙和Wi-Fi等通信集成电路模块中得到广泛应用，并在功率模块、可穿戴电子产品及智能手机中得到迅速推广。
      20 世纪 90 年代，全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）及码分多址（Code Division Multi-Access，CDMA）数字通信标准推进了移动通信产品在全世界的快速普及和应用。全球移动手机的新机销量多年维持在年均 20 亿部左右，移动手机已经成为人类历史上应用最广、数量最多的电子设备。移动手机的逐年更新换代更是推动了集成电路设计、先进芯片制造工艺、芯片封装技术的高速发展。与移动手机同时代成长的系统级封装技术得到了极大发展。这项封装技术的有效应用也极大地推动了移动手机的大规模普及。例如，移动手机中关键的射频砷化镓（GaAs）功率放大器功能模块，如果采用传统的分立元器件在PCB上进行功能集成，则存在模块占用尺寸离散、电路阻抗匹配复杂、良率可靠性难以控制等问题，并且射频GaAs功率放大器功能模块需要与硅控制芯片、信噪滤波器、电容、电感、电阻等众多无源元器件匹配。不同供应商和不同生产批次产品的性能差异可能会导致模块性能退化和大幅波动。利用系统级封装技术可以非常有效地把这些不同材质、不同功能、不同类型的芯片和元器件，通过最优化设计的基板和高密度芯片互连封装工艺集成到单一的封装体里面，实现最优的性能匹配、最精小的局部高密度芯片布局和完全测试可控。基于系统级封装技术制造出的最小尺寸、最优综合性能、高可靠性和高性价比射频功率放大器模块是难以通过SoC硅制程集成，或者通过PCB分立元器件板级集成来实现的。系统级封装集成技术是实现射频功率放大器模块的最佳技术方案。
      智能手机的应用处理器（Application Processor，AP）和动态内存（Dynamic Random Access Memory，DRAM）芯片都使用先进的芯片制造工艺制造。初始的SoC可以通过芯片制造工艺将运算功能和存储功能集成到单一芯片上，但由于AP侧重于高速度、高强度计算，因此不同公司的产品规格和技术开发能力逐渐变得高度专一并定制化。DRAM芯片朝着大存储容量、高数据提取速度方向发展，其硅制程及测试工艺已经完全不同于AP。另外，独立的DRAM公司致力于推动DRAM芯片的通用化和标准化，从而使单一产品能够实现最大量应用和最低成本。这些因素导致AP和DRAM芯片逐渐分开并越行越远。AP+DRAM芯片的运算处理能力可以从根本上决定智能手机的先进功能和应用速度，为了实现高速的信息运算和数据提取，必须尽可能缩短数据传输的路径，最短的互连路径也可以最大限度地降低功耗。这些对于智能手机的应用运行速度和电池使用时间都是极其关键的。当前的主流解决方案是采用DRAM多芯片堆叠集成封装，以及AP和DRAM芯片封装体堆叠（Package on Package，PoP）封装的模块架构。在这种架构中，所有的芯片都采用硅制程工艺制造，DRAM芯片可以完全相同，通过简单重复的芯片堆叠达到所需的存储容量，如512MB到6GB的成倍扩展。用倒装芯片（Flip Chip，FC）技术封装的先进硅制程AP通过3D重叠和DRAM芯片互连实现最短数据传输路径。这种架构使智能手机核心的处理芯片模块实现了高速互连、最低功耗、最小PCB面积和最优性价比。这都是目前通用SoC硅制程集成技术和PCB板级集成结构难以实现的。
      对SoC硅制程集成技术来说，系统级封装技术是其有效的补充，尤其是在超越摩尔（More-than-Moore）和后摩尔（More-Moore）芯片时代，芯片运算能力增强，功能复合多样，系统级封装技术更是得到进一步重视和发展。一方面，趋于完整系统的系统级封装应用（如智能手表、智能耳机等）推动更复杂、更高密度的双面封装等新技术的开发和应用；另一方面，功能模块化系统级封装提供了有效且高性价比的通用芯片平台，为不同产品（如移动手机、计算机等）提供了统一的功能模块。这些功能模块已经从相对成熟的射频模块扩展到Wi-Fi/蓝牙连接、电源管理、音频、MEMS生物识别等功能模块。新一代高速通信技术，如5G通信，需要更高的频率和更宽的带宽。这对各类功能模块提出了更高的应用要求，也极大地推动了系统级封装技术的发展。
      具有超强运算能力的网络处理、计算中心、云计算及人工智能（Artificial Intelligence，AI）芯片处理功能越来越强大，制程越来越复杂，芯片尺寸越做越大，单靠摩尔定律的纳米级 SoC 高开发成本及晶圆制造良率波动会造成芯片“天价”的现象。基于此，出现了异质集成（Heterogeneous Integration）和芯粒（Chiplets）等新型系统集成技术。例如，TSMC的集成扇出型（Integrated Fan-Out，InFO）封装、芯片转接板键合基板（Chip on Wafer on Substrate，CoWoS）封装、系统集成芯片（System on Integrated Chip，SoIC）封装、Intel的埋入式多芯片桥连（Embedded Multi-Die Interconnect Bridge，EMIB）封装、“Foveros”封装及扇出型封装等。这些新型系统集成技术利用晶圆级超高密度互连进行2.5D/3D芯片重构，从而实现知识产权（Intellectual Property，IP）芯片的有效系统集成。这些新型系统集成技术在高端、先进芯片上得到应用，已经成为延续摩尔定律有效的、重要的芯片开发路径。
      作为一种通过高密度基板和封装工艺来实现集成电路产品设计、开发和封测的主要技术和方法，系统级封装是一种重要的芯片开发和架构设计策略。其核心是通过芯片和辅助功能元器件，以特定的组合结构，实现功能整合和系统集成。系统级封装并没有单一明确的封装形式，可以在现有的大部分封装上实现。按照芯片封装结构的具体要求，系统级封装既可以使多芯片多元器件实现平面排列组合，也可以利用 2.5D/3D芯片堆叠在立体空间进一步提高集成度，加强有效的互连功能。芯片、无源元器件和系统级封装基板可以利用所有有效的封装工艺实现互连，包括传统的引线键合、FC键合，以及先进封装硅通孔（Through Silicon Via，TSV）技术、FO重布线（Re-Distribution Layer，RDL）技术、基板芯片和元器件埋入技术等。系统级封装通常因为产品功能多样化而选择相对灵活的栅格阵列（Land Grid Array，LGA）封装。随着该技术在更大、更复杂的系统电路中迅速推广，可提供更多输入/输出（Input/Output，I/O）端口的球栅阵列（Ball Grid Array，BGA）封装，以及整体化模块也逐渐得到广泛使用。另外，系统级封装经常需要进行电磁屏蔽以消除模块电路与环境的交互影响，通常可以使用简单的金属壳来实现，高性能、高可靠性的系统级封装也越来越多地使用塑封料包封加金属涂层的工艺。
      本书将从系统级封装的发展历史和技术特点展开，重点论述系统级封装技术的设计、关键互连结构和封装工艺，尤其结合当前系统级封装技术的发展，对系统级封装技术这一重要芯片开发理念进行详细论述：第1章内容包括系统级封装技术的发展，系统级封装的结构与特点，系统级封装的应用驱动；第2章内容包括系统级封装在高性能处理器方面的应用，系统级封装在无线通信模块中的应用，系统级封装技术在固态硬盘方面的应用，系统级封装在电源模块、功率模块中的应用，系统级封装在MEMS中的应用，系统级封装集成在智能手机、可穿戴设备、物联网中的应用；第3章内容包括系统级封装设计导论，系统级封装设计概述，电性能的分析与优化，热性能的分析与优化设计，机械性能的分析与优化；第 4章内容包括陶瓷基板，高密度金属引线框架基板，高密度有机基板，预包封引线互连系统基板，转接板，扇出型晶圆级封装无基板重布线连接；第5章内容包括芯片，无源元器件，集成无源元器件，滤波器、晶振、天线、指纹传感器，封装关键材料；第6章内容包括SMT工艺、引线键合工艺、倒装工艺、底部填充工艺、硅通孔工艺、重布线工艺、临时键合与解键合工艺、塑封工艺；第7章内容包括陶瓷封装集成结构、多芯片堆叠封装结构、埋入式封装结构、封装体堆叠封装结构、双面封装结构、微电机系统封装结构、2.5D封装结构、扇出型封装结构；第8章内容包括系统级封装测试，系统级封装测试项目，测试机，系统级封装测试技术要求，系统级封装量产测试，系统级封装测试的发展趋势；第9章内容包括系统级封装的可靠性，可靠性试验，失效分析，系统级封装常见失效模式，系统级封装典型失效案例分析，系统级封装可靠性持续改善。
      应该指出的是，系统级封装这一先进且有效的芯片设计理念和技术在电子产品新应用、新功能的持续驱动下，在可见的未来仍然会快速发展。现有制造技术工艺水平会不断提升，新技术和应用领域还在不断出现。本书希望通过提供系统级封装技术的基本设计、集成架构和关键工艺，能为更好地推动这一技术的不断更新发展提供坚实的基础。
      本书是“集成电路系列丛书·集成电路封装测试”编委会主要负责人、中国半导体行业协会副理事长、封装分会荣誉理事长毕克允和江苏长电科技股份有限公司时任董事长王新潮的直接指导和大力推动下编写的。长电科技集团高级副总裁、长电集成电路（绍兴）有限公司总经理梁新夫博士为本书主编。本书各章节内容由长电科技集团的研发和工程技术负责人员，以及半导体封装产业的资深专家、研究员和大学教授共同编写。
      长电科技集团知识产权管理部王亚琴编写了第1章内容。
      清华大学微电子学院蔡坚教授主持编写了第2章内容，清华大学的周晟娟、胡杨和崔轩参与了编写，南京大学微电子学院的周玉刚教授编写了系统级封装在智能手机、可穿戴设备、物联网中的应用内容。
长电科技集团中国研发中心技术副总裁李宗怿主持编写了第3章内容，长电科技集团的赵励强、刘丽虹、顾骁、夏冬和南京大学微电子学院的周玉刚教授参与了编写。
      长电科技集团中国研发中心技术副总裁李宗怿主持编写了第4章内容，中科芯集成电路股份有限公司高级工程师丁荣峥编写了4.1节内容，参加第4章内容编写的还有长电科技集团的龚臻、沈锦新、林耀剑、胡正勋。
      长电科技集团的缪富军、顾炯炯、李宗怿编写了第5章内容。
      长电集成电路（绍兴）有限公司研发部胡正勋主持编写了第6章内容，长电科技集团的林耀剑、杨先方和南京大学微电子学院的周玉刚教授参与了编写。
      长电科技集团中国研发中心总经理林耀剑主持编写了第7章内容，中科芯集成电路股份有限公司高级工程师丁荣峥编写了7.1节内容，长电科技集团的张江华和杨先方，以及江阴芯智联电子科技有限公司的张立东参与了编写。
      长电科技集团缪冰彪编写了第8章内容。
      长电科技集团知识产权管理部高级总监梁志忠主持编写了第9章内容，长电科技集团许峰、刘恺参与了编写。
      在此，向以上各章节的编写负责人和所有编写参与者致以崇高的敬意，对其不懈努力、辛勤工作、付出宝贵时间和做出巨大贡献表示深深的感谢，也向大力支持所有编写者完成本书编写工作的家人、单位领导和同事表示感谢。
      长电科技集团知识产权管理部高级总监梁志忠为本书的文字编辑做了大量细致的工作。华东师范大学通信与电子工程学院的吴幸教授和江苏中科智芯集成科技有限公司的总经理姚大平博士担任本书的主审。华东师范大学通信与电子工程学院的王亚男、张嘉言和陈熠渲参加了审稿和图片修改工作。在此，衷心感谢他们为本书定稿做出的巨大努力和贡献。此外，本书主编也向参与本书进度管理的沈阳、周健、高莉莉和支持本书编写的所有相关人士表示诚挚的感谢。
      本书的编写者大多来自半导体集成电路封装一线企业。本书展现了系统级封装产品设计、技术开发和工艺制造的实践经验。由于经验不足，书中难免存在欠缺之处，恳请广大读者提出指正意见，以便不断完善。
                                                                                                                编者

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