移动互联网芯片技术体系研究

近年来，集成电路技术急速发展，特别是移动互联网芯片技术，知识迭代不断加快，新技术不断涌现。本书在比较全面、系统地介绍移动互联网芯片产业概况、主要终端芯片、主要技术体系的基础上，详细阐述了MEMS芯片设计的方法和移动互联网芯片先进封装可靠性检测研究的相关内容。本书可供广大移动互联网芯片技术领域的工程师、研发人员、技术管理人员和科研人员阅读参考，也可以作为相关专业高年级本科生和研究生的参考书。

陈新华，北京建筑大学机电学院教师，北京交通大学机电学院博士，CFMB技术委员会专家。长期从事载运工具运用工程方向的教学和科学研究，主持了*产学合作协同育人项目、北京市优秀人才培养资助青年骨干个人项目、住建部科技计划项目，并作为骨干成员参与国家”973”计划子课题、国家”863”计划课题和核高基重大专项等课题，发表在《Materials》《Progress in Natural Science: Materials International》等SCI和EI期刊发表论文十余篇，申请及授权发明专利5项，相关成果获得中共北京市*北京高校青年教师社会调研优秀成果资助项目一等奖、中国科学技术协会”科普贡献者”荣誉证书等奖项。

目 录
第1章 绪论 001
1.1 芯片产业概况 001
1.2 影响芯片产业走向的关键因素 002
1.2.1 生态体系构建 003
1.2.2 芯片技术研发 004
1.2.3 工艺制程 004
1.2.4 用户与伙伴 005
1.2.5 政策扶持 005
1.3 我国移动互联网芯片发展的机遇与挑战 005
1.3.1 后来居上的创新机遇 005
1.3.2 未来升级的挑战和短板 007
第2章 移动互联网主要终端芯片 011
2.1 基带处理器 012
2.1.1 基带芯片 012
2.1.2 射频芯片 014
2.2 应用处理器 014
2.2.1 CPU 015
2.2.2 GPU 015
2.2.3 AI芯片 016
2.2.4 电源管理芯片 017
2.3 存储芯片 017
2.4 MEMS芯片 020
第3章 移动互联网芯片主要技术体系 022
3.1 芯片设计 022
3.1.1 IP核/Chiplet与SoC设计 025
3.1.2 指令集 027
3.1.3 微架构 032
3.1.4 EDA工具 037
3.2 芯片制造的制程、设备与材料 038
3.2.1 先进制程工艺 038
3.2.2 设备和相关材料 041
3.3 芯片封装与测试 042
3.3.1 SIP技术 043
3.3.2 多芯片fcCSP封装 046
3.3.3 3D封装 047
3.3.4 扇出式封装 049
本章参考文献 052
第4章 MEMS微波功率传感器芯片设计与模拟研究 054
4.1 微波功率传感器及其应用 054
4.2 国内外发展现状 055
4.3 微波功率传感器的设计 059
4.3.1 微波功率传感器的原理与理论 059
4.3.2 微波功率传感器的基本单元与性能 065
4.3.3 微波功率传感器的结构与材料 068
4.3.4 微波功率传感器的制造工艺 071
4.4 仿真软件简介 075
4.5 微波功率传感器的仿真 077
4.6 本章小结 085
本章参考文献 085
第5章 移动互联网芯片先进封装可靠性检测研究 087
5.1 发展现状 089
5.1.1 国内现状 089
5.1.2 国外现状 090
5.2 试验样本及参照标准介绍 092
5.2.1 TSV技术类型 092
5.2.2 TSV芯片结构 092
5.2.3 TSV芯片制造工艺 094
5.3 可靠性试验概述 095
5.3.1 可靠性定义 095
5.3.2 目的 096
5.3.3 分类 096
5.4 可靠性试验标准介绍 096
5.4.1 JESD22-A113E 096
5.4.2 JESD22-A104E 097
5.4.3 JESD22-A118E 097
5.4.4 JESD22-A102E 098
5.4.5 IPC/JEDECJ-STD-020.1 098
5.4.6 GJB 548B—2005 098
5.4.7 GJB 7400—2011 099
5.5 可靠性试验方法 099
5.5.1 试验仪器 099
5.5.2 试验内容及参数确定 100
5.6 表征方法 107
5.6.1 形状分析激光显微镜 107
5.6.2 X射线（X-Ray）检测仪分析 108
5.6.3 超声波扫描电子显微镜（C-SAM）分析 109
5.6.4 场发射扫描电子显微镜（SEM）分析 110
5.6.5 X射线能谱仪（EDS）分析 111
5.6.6 聚焦离子束（FIB）技术 112
5.7 试验数据及图像分析 112
5.7.1 形状分析激光显微镜分析结果 112
5.7.2 初始芯片A、B 113
5.7.3 PC试验后芯片C、D 120
5.7.4 TC试验后芯片E、F 129
5.7.5 UHAST试验后芯片G、H 138
5.7.6 PCT试验后芯片I、J 147
5.8 X-Ray检测仪分析结果 156
5.9 C-SAM分析结果 158
5.10 SEM与EDS分析结果 159
5.11 本章小结 184
本章参考文献 186

前  言 
芯片又被称为集成电路，被誉为高端制造业皇冠上的明珠和现代工业的“心脏”。芯片产业是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，对推动国家的经济高质量发展、保障国家安全都具有十分重要的意义。因此我国亟须突破芯片“卡脖子”困境，攻克核心技术，打造中国芯，形成关键技术自主可控能力。另外，近年来，人工智能、5G/6G、大数据和区块链等新技术不断涌现，新的移动互联网应用和业务的多样化和多元化需求为我国相关科技的创新突破和产业转型升级提供了宝贵的机遇。
根据国务院发布的相关文件 ，“到2025年，70%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”。在此过程中，我国移动互联网芯片的自给率迫切需要不断提升。移动互联网已广泛渗透到社会及各行各业中，移动互联网芯片是移动互联网终端处理器的运算核心和控制核心，在移动互联网产业的主要零部件中，芯片成本占总成本40%以上，几乎相当于显示屏、触摸屏、摄像模组、电池、机械零件之和，市场规模庞大。而芯片的更新换代又会催生移动互联网产业的不断优化升级。移动互联网芯片技术体系的发展水平已成为一个国家移动互联网产业发展水平的重要标志。同时，作为智力密集型行业，芯片产业的发展离不开相关科技的攻关和相关基础及高端人才的培养，以构建我国集成电路相关领域的创新创业生态体系。
本书主要针对智能手机、平板电脑等移动互联网终端的芯片进行分析和研究。首先分析了移动互联网芯片的产业基本情况、发展关键因素、挑战和机遇；然后对移动互联网芯片主要组成体系进行了分析；接着介绍了移动互联网芯片的主要技术体系，包括芯片设计技术、制造工艺技术和封装测试技术等的现状和趋势。在此基础之上，结合本团队的相关研究成果，重点介绍了MEMS微波功率传感器芯片设计与模拟研究和移动互联网芯片先进封装可靠性检测研究的情况。
本团队研究工作先后得到北京市自然科学基金面上项目（No.8202015）、北京市优秀人才培养资助项目（No. 2017000020124G005）、*产学合作协同育人项目（No. 20190107001）、北京建筑大学市属高校基本科研业务费项目（No. X18253）和北京高等学校高水平人才交叉培养“实培计划”等相关项目的支持，在此表示感谢！
著  者