13.6.4 Emerging Wireless Interconnects for 3D ICs
with Liquid Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
13.7 Liquid Cooling with Integrated Microchannels . . . . . . . . . . . . . 386
13.7.1 Thermal Performance Improvement with Variable
Fin Density in Microchannel Passages . . . . . . . . . . . . . 387
13.7.2 Two-Phase Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
13.8 Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
14 Fundamentals of Advanced Materials and Processes in Organic
Substrate Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
Songhua Shi, Peter Tortorici, Sai Vadlamani,
and Prithwish Chatterjee
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
14.2 Overview of Substrate Technology Evolution . . . . . . . . . . . . . . 398
14.3 Organic Substrate Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
14.3.1 Materials Employed in Organic Substrate
Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
14.3.2 General Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
14.3.3 Substrate and PWB Cores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
14.3.4 Dielectric Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
14.3.5 PTH and via Filling Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
14.3.6 Solder Mask Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
14.3.7 Surface Finishes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
14.3.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
14.4 Organic Substrate Fabrication—Process
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
14.4.1 Substrate Raw Material Selection and
Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
14.4.2 Inner Layer Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
14.4.3 Multi-layer Buildup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
14.4.4 Soldermask Surface Finish and First Level
Interconnect Formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
14.4.5 Final Sizing, Testing, Inspection and Shipment . . . . . . 427
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
15 Die and Package Level Thermal and Thermal/Moisture Stresses
in 3-D Packaging: Modeling and Characterization . . . . . . . . . . . . . 431
Liangbiao Chen, Tengfei Jiang, and Xuejun Fan
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
15.2 Thermal Stress and Its Effects on TSV
Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
15.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
15.2.2 Characteristics of TSV Stress by Semi-analytic
and Numerical Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
Contents
xi