15.2.3 Measurement of Thermal Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
15.2.4 Effect of Thermal Stress on Carrier Mobility
and Keep-Out Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
15.2.5 Thermal Stress Induced via Extrusion . . . . . . . . . . . . . 440
15.3 Thermal Stresses and the Warpage Control at Package
Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
15.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
15.3.2 Thermal Stresses in a Multilayered Structure . . . . . . . . 444
15.3.3 Warpage Mechanism and Control Methods . . . . . . . . . 446
15.3.4 A Capped-Die Approach for Warpage
Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
15.3.5 Warpage Characterization by Experimental
Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
15.3.6 Numerical Modeling for Optimizing Warpage Control
Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
15.4 Integrated Stress Analysis for Combining Moisture
and Thermal Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
15.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
15.4.2 Moisture Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
15.4.3 Moisture-Induced Strain and Effective
Stress Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
15.4.4 Vapor Pressure Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
15.4.5 Governing Equation for Integrated Stress Analysis . . . . 460
15.4.6 Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
15.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
16 Processing and Reliability of Solder Interconnections in Stacked
Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
Paul Vianco and Mike Neilsen
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
16.1.1 Miniaturization and Functionality Trends . . . . . . . . . . . 471
16.1.2 3-D Packaging Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
16.1.3 Applications Drive PoP and PoPoP Component
Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
16.2 Soldering Assembly Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
16.2.1 Solder Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
16.2.2 Fluxes and Pastes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
16.2.3 Assembly Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
16.2.4 Inspection Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
16.2.5 Underfill, Conformal Coatings, and Encapsulants . . . . . 487
16.2.6 Warpage Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
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Contents
15.2.4 Effect of Thermal Stress on Carrier Mobility
and Keep-Out Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
15.2.5 Thermal Stress Induced via Extrusion . . . . . . . . . . . . . 440
15.3 Thermal Stresses and the Warpage Control at Package
Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
15.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
15.3.2 Thermal Stresses in a Multilayered Structure . . . . . . . . 444
15.3.3 Warpage Mechanism and Control Methods . . . . . . . . . 446
15.3.4 A Capped-Die Approach for Warpage
Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
15.3.5 Warpage Characterization by Experimental
Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
15.3.6 Numerical Modeling for Optimizing Warpage Control
Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
15.4 Integrated Stress Analysis for Combining Moisture
and Thermal Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
15.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
15.4.2 Moisture Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
15.4.3 Moisture-Induced Strain and Effective
Stress Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
15.4.4 Vapor Pressure Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
15.4.5 Governing Equation for Integrated Stress Analysis . . . . 460
15.4.6 Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
15.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
16 Processing and Reliability of Solder Interconnections in Stacked
Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
Paul Vianco and Mike Neilsen
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
16.1.1 Miniaturization and Functionality Trends . . . . . . . . . . . 471
16.1.2 3-D Packaging Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
16.1.3 Applications Drive PoP and PoPoP Component
Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
16.2 Soldering Assembly Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
16.2.1 Solder Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
16.2.2 Fluxes and Pastes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
16.2.3 Assembly Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
16.2.4 Inspection Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
16.2.5 Underfill, Conformal Coatings, and Encapsulants . . . . . 487
16.2.6 Warpage Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
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Contents