一、介紹

    同其他封裝形式相比，倒裝焊技(ji)術在(zai)電子制(zhi)造業領域應用更為廣泛，這是因為它(ta)在(zai)尺(chi)寸、性(xing)能、機動(dong)性(xing)、可靠(kao)性(xing)和(he)成本(ben)等方面(mian)的(de)優勢，這是一種(zhong)更加先進(jin)的(de)封(feng)裝技(ji)術。在(zai)倒(dao)裝焊(han)技(ji)術中，帶焊(han)點的(de)芯片可以直接焊(han)接到(dao)低(di)值有機基板(ban)(ban)上，如(ru)FR-4印刷(shua)線(xian)路板(ban)(ban)，然(ran)后采(cai)用填(tian)充(chong)(chong)物(wu)(wu)(wu)進(jin)行密(mi)封(feng)，與塑(su)封(feng)器件類似，填(tian)充(chong)(chong)料密(mi)封(feng)可以顯著地減(jian)少(shao)芯片和(he)基板(ban)(ban)熱(re)膨脹系數(CTE)不匹配而(er)產生(sheng)剪切應力(li)，從而(er)大(da)大(da)提高焊(han)點的(de)疲勞壽命(ming)。盡管如(ru)此(ci)，在(zai)密(mi)封(feng)填(tian)充(chong)(chong)物(wu)(wu)(wu)、芯片和(he)基板(ban)(ban)間(jian)的(de)界面(mian)仍然(ran)是主要(yao)影(ying)響(xiang)可靠(kao)性(xing)的(de)問題所在(zai)，如(ru)芯片裂(lie)紋、填(tian)充(chong)(chong)物(wu)(wu)(wu)裂(lie)紋和(he)分層等等。裂(lie)紋在(zai)金(jin)屬間(jian)化合(he)物(wu)(wu)(wu)(IMC)中很容易延伸并(bing)擴張，金(jin)屬間(jian)化合(he)物(wu)(wu)(wu)通常(chang)是在(zai)焊(han)點與底層金(jin)屬化層(UBM)之間(jian)，所以，裂(lie)紋和(he)分層影(ying)響(xiang)到(dao)焊(han)點疲勞壽命(ming)的(de)提高。圖(tu)I所示是倒(dao)裝焊(han)技(ji)術領域中幾種(zhong)常(chang)見的(de)潛在(zai)失效模式(shi)。

    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), 進行了相(xiang)關的可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)分析和失效(xiao)分析。試驗(yan)結果說明HAST能夠作為一(yi)個有效(xiao)的可(ke)靠(kao)性(xing)(xing)試驗(yan)評價工具用(yong)于倒裝焊技術領域。

    三、試驗流程及結果

    設計成雛(chu)菊(ju)鏈狀試驗(yan)電(dian)路的芯片(pian)(5。0x5。0mm)組裝到FR4基板上，該芯片(pian)采用電(dian)鍍基焊(han)點{。藝沉(chen)積共晶焊(han)點(63Sn/37Pb),在芯片(pian)表面(mian)濺射阻擋層(ceng)Ti-W(1000A)和Cu(4000A), 焊(han)點的平均高度(du)為(wei)100μm， 焊(han)點間距(ju)為(wei)450um，焊(han)點面(mian)陣分(fen)布數量(liang)為(wei)I0x10(如(ru)圖 2所(suo)示(shi))。密封填充物繞芯片(pian)邊沿(yan)90℃ 注(zhu)入，然后(hou)固化(hua)。

    所(suo)有(you)試驗樣(yang)品都要進(jin)行電性能(neng)測試和(he)掃描(miao)聲(sheng)學(xue)顯微(wei)鏡(SAM)檢查(cha)，以進(jin)行HAST試驗前后的比較(jiao)。試驗樣(yang)品的制造過程和(he)檢測流(liu)程見表2所(suo)示。

    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(dao)裝(zhuang)焊技術(shu)而言(yan)，密封填充(chong)物(wu)和芯片或基板(ban)間的(de)(de)分(fen)層和焊點可(ke)靠性一(yi)直是一(yi)個特別重(zhong)要的(de)(de)課(ke)題。對(dui)塑封型(xing)器件的(de)(de)可(ke)靠性評價(jia)，多年來-直將(jiang)雙(shuang)85試(shi)驗(yan)(yan)作為標準(zhun)評價(jia)試(shi)驗(yan)(yan)工具(ju)。本(ben)文提出采(cai)用加(jia)速環境試(shi)驗(yan)(yan)如(ru)HAST,對(dui)倒(dao)裝(zhuang)焊接在FR4基板(ban)上面(mian)陣分(fen)布的(de)(de)焊點進(jin)行(xing)可(ke)靠性評價(jia)，試(shi)驗(yan)(yan)結果表明可(ke)以代替雙(shuang)85試(shi)驗(yan)(yan)，將(jiang)是用于倒(dao)裝(zhuang)焊技術(shu)領域的(de)(de)-一(yi)個有效(xiao)的(de)(de)可(ke)靠性試(shi)驗(yan)(yan)工具(ju)。

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