一、介紹

    同其他封裝形式相比，倒裝焊技術(shu)在(zai)電子制(zhi)造業領(ling)域應用(yong)更為廣泛，這是(shi)(shi)因為它在(zai)尺寸、性能、機動性、可(ke)靠(kao)性和(he)成本(ben)等方面的(de)(de)(de)優勢，這是(shi)(shi)一種更加(jia)先進(jin)的(de)(de)(de)封裝(zhuang)技術(shu)。在(zai)倒裝(zhuang)焊(han)(han)(han)技術(shu)中，帶焊(han)(han)(han)點(dian)的(de)(de)(de)芯片可(ke)以直接焊(han)(han)(han)接到(dao)低值有(you)機基板(ban)上，如(ru)FR-4印刷線路板(ban)，然(ran)(ran)后采(cai)用(yong)填充物(wu)進(jin)行密封，與塑(su)封器(qi)件(jian)類似，填充料密封可(ke)以顯(xian)著地減少芯片和(he)基板(ban)熱膨脹系數(shu)(CTE)不匹配而產生剪(jian)切應力(li)，從而大(da)大(da)提高(gao)焊(han)(han)(han)點(dian)的(de)(de)(de)疲勞(lao)壽命(ming)。盡管如(ru)此，在(zai)密封填充物(wu)、芯片和(he)基板(ban)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)界面仍然(ran)(ran)是(shi)(shi)主要影(ying)響可(ke)靠(kao)性的(de)(de)(de)問題所在(zai)，如(ru)芯片裂紋、填充物(wu)裂紋和(he)分層(ceng)等等。裂紋在(zai)金屬(shu)間(jian)(jian)化(hua)合物(wu)(IMC)中很(hen)容(rong)易延伸并(bing)擴張，金屬(shu)間(jian)(jian)化(hua)合物(wu)通(tong)常(chang)是(shi)(shi)在(zai)焊(han)(han)(han)點(dian)與底層(ceng)金屬(shu)化(hua)層(ceng)(UBM)之間(jian)(jian)，所以，裂紋和(he)分層(ceng)影(ying)響到(dao)焊(han)(han)(han)點(dian)疲勞(lao)壽命(ming)的(de)(de)(de)提高(gao)。圖I所示是(shi)(shi)倒裝(zhuang)焊(han)(han)(han)技術(shu)領(ling)域中幾種常(chang)見的(de)(de)(de)潛在(zai)失效模(mo)式。

    二、試驗設計

    對倒裝焊技術而言，如何評價密封填充物與芯片或基板間的焊點可靠性、分層等，一直是無法回避的問題。傳統地，針對塑封器件采用熱循環試驗作為單步試驗，以評價熱膨脹系數(CTE)失配產生的熱一機械應力問題，通常該項試驗要作1000 次循環以上，極為耗時。另外，為篩選和評估制造工藝與材料系列的相容性，經常采用8S℃/85%RH 雙85試驗，或類似的侵蝕退化試驗進行評估。在塑封器件早期，1000 小時雙85試驗并不難通過，大多數商業市場也可以接受1000 小時。但是，現在對塑封器件的常規要求是超過10000小時無失效，這是一個漫長的試驗時間。為了縮短產品開發上市時間，需要設計更加嚴酷的環境試驗，以縮短試驗和評估時間，降低產品成本。其中，典型的試驗是利用HAST試驗箱做高加速應力試驗(HAST):試驗溫度121C, 100%RH, 2個大氣壓，根據需要可加或不加偏壓，試驗時間為2- 168小時，HAST可以看成是雙85試驗的升級。HAST在壓力容器中，通過維持濕度和溫度控制，為加速試驗引入了新的激活能。

    在本文中，HAST作為一個加速環境試驗，用于快速評估倒裝焊接在FR-4 基板上面陣分布焊點的可靠性。該試驗主要是通過加速侵蝕過程，從而大大縮短了可靠性評估時間。本次試驗樣品在經過本文設計的HAST試驗后(見表1), 進(jin)行了(le)相關的可靠(kao)性分析和失(shi)效分析。試(shi)驗(yan)結(jie)果說明HAST能夠作(zuo)為(wei)一個有效的可靠(kao)性試(shi)驗(yan)評價工具用于倒裝(zhuang)焊技術(shu)領域。

    三、試驗流程及結果

    設計(ji)成雛菊鏈狀試驗電路的(de)芯(xin)(xin)片(5。0x5。0mm)組裝(zhuang)到FR4基板上，該(gai)芯(xin)(xin)片采用電鍍基焊(han)點{。藝沉積共晶焊(han)點(63Sn/37Pb),在芯(xin)(xin)片表面濺射阻(zu)擋層Ti-W(1000A)和Cu(4000A), 焊(han)點的(de)平均高度為100μm， 焊(han)點間距(ju)為450um，焊(han)點面陣分(fen)布數量為I0x10(如圖 2所示)。密封填充物繞芯(xin)(xin)片邊沿90℃ 注入，然后固化。

    所有試(shi)驗(yan)(yan)樣品都要進行(xing)電性能測試(shi)和掃描聲學顯微鏡(SAM)檢查，以進行(xing)HAST試(shi)驗(yan)(yan)前后(hou)的比較。試(shi)驗(yan)(yan)樣品的制造過(guo)程和檢測流程見表2所示(shi)。

    沒有預處理的樣品在分別完成24小時、48小時的HAST試驗后，很快就出現了明顯得空洞，如圖3所示。這些空洞反映了密封填充物的分層，當空洞的尺寸變得越來越大，就會嚴重影響焊點的可靠性，如焊點發生退化，其導通電阻增加。如圖4所示，在分別經過24小時、48小時的HAST試驗后，焊點導通電阻的變化率都有增加。

    四、結論

    對(dui)倒裝焊(han)(han)(han)技(ji)術而言，密封填充物和芯片或基板間(jian)的(de)分層和焊(han)(han)(han)點可(ke)靠(kao)性一直是一個特(te)別重要的(de)課題。對(dui)塑(su)封型器件的(de)可(ke)靠(kao)性評價，多年(nian)來-直將(jiang)雙85試(shi)(shi)驗作為標準評價試(shi)(shi)驗工具。本文提出采用(yong)加速(su)環境試(shi)(shi)驗如(ru)HAST,對(dui)倒裝焊(han)(han)(han)接在FR4基板上(shang)面陣分布(bu)的(de)焊(han)(han)(han)點進行可(ke)靠(kao)性評價，試(shi)(shi)驗結果(guo)表明可(ke)以(yi)代(dai)替雙85試(shi)(shi)驗，將(jiang)是用(yong)于倒裝焊(han)(han)(han)技(ji)術領域的(de)-一個有效的(de)可(ke)靠(kao)性試(shi)(shi)驗工具。

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