about reliability

1、GreatHumanTechnologyINC.Technologicrept1倒裝片的若干可靠性相關(guān)問題1引言倒裝片粘結(jié)是帶焊接處凸臺的硅片被倒置、然后被直接粘結(jié)到芯片載體上的一種技術(shù)。倒裝片技術(shù)已用來為大量輸入／輸出(I／O)引線和硅芯片上的面陣焊接凸臺互連到芯片載體上?，F(xiàn)已證明，以陶瓷為襯低是非?？煽康模驗樾酒c陶瓷襯底的熱膨脹系數(shù)失配不高。特別是底層填充劑的采用，使倒裝片互連的可靠性得到提高。液態(tài)封裝劑通過毛細管的作用被分配

2、和吸入到芯片與襯底之間的空隙中，然后，封裝劑通過烘烤來固化，使所有焊接凸臺得到加強，從而使焊接凸臺的疲勞壽命得到提高。適合用作底層填充劑的高性能環(huán)氧樹脂為基的填充材料可大大提高管殼的疲勞壽命，并對生產(chǎn)流程的影響極小。由于迫切需要減少現(xiàn)有SMT／FCOB生成線的循環(huán)時間和成本，目前正在開發(fā)材料系統(tǒng)，以便把再流焊與底層填充過程集成。目前，倒裝片塑料封裝已被認為是下一代電子器件的先進封裝技術(shù)，該技術(shù)已在歐洲和日本得到廣泛應用。不過，由于所用

3、的材料不同，引起溫濕應力和機械應力的產(chǎn)生。這些封裝在被各種應用接受之前，其可靠性仍然是一個很大的挑戰(zhàn)。本文評論了倒裝片封裝的若干可靠性問題。2倒裝片封裝的熱機械開裂和預防由于倒裝片封裝的界面很多，封裝對減聚力或分層敏感。開裂是第二個重要失效模式。典型的開裂包括芯片開裂，凸臺下開裂，底層開裂以及襯底PTH／微型通路開裂。焊球與低層之間產(chǎn)生空穴也是典型的失效模式。傳統(tǒng)的倒裝片封裝的不完整填充是一個嚴重問題，這需要進行評價。不同的底層就會

4、產(chǎn)生不同的失效模式。例如，對于傳統(tǒng)的底層填充的倒裝片封裝而言，鈍化層與底層之間的分層更為關(guān)鍵；而對于可再流的底層而言，襯底表面附近的焊接互連會引起開裂。應注意，傳統(tǒng)的填充量大，而可再流底層的填充量小，這樣，它們之間的機械與熱性能就有很大的差別。3底層填料選擇與設計如上所述，底層填料特性對于倒裝片封裝的可靠性來說是至關(guān)重要的。不過，目前市場上有許多底層填料可買到。合適的底層填料選擇對于特定倒裝片封裝應用來說是至關(guān)重要的。底層填料的熱膨

5、脹系數(shù)(CTE)、熱解重量(Tg)楊氏模量、粘性硫化時間和耐裂韌性是選擇和設計底層填料的基本條件。最重要的是底層填料與鈍化層和焊接掩膜的粘接。為了評價底層填料界面耐裂韌性，一般方法是選用一個在其芯片／填料界面和填料／PCB(焊接掩膜)上有對稱裂紋的樣品，使之在室溫下經(jīng)受4點機械彎曲負載。由于脫模釋放劑的作用，形成了先存分層裂紋。曾為4種填料和3種鈍化材料測試耐裂韌性。應注意，耐裂韌性直接影響倒裝片封裝的耐疲勞壽命，分層是倒裝片封裝的主要

6、失效模式。對于許多剛從事倒裝片封裝技術(shù)的人來說，不適當?shù)募庸た刂瓶梢鸶鞣N等級的沾污，粘結(jié)力未增強的填料可使那些相關(guān)界面的粘結(jié)力和耐裂韌性低于所需的要求。作為有力工具的界面力學，人們可用它來有效地進行工藝監(jiān)控與評價、材料選擇和設計。為了剪裁材料之間的熱與機械失配，填料特性可通過加入一定容量的填料來剪裁。有效的CTE和楊氏模量可通過諸如MiTanaka方法之類的緊密成形算法來預計。目前，在具有不同填充劑量的粘彈性和粘塑性的緊密成形算法

7、方面，仍沒有研究報告發(fā)表。4電路板設計由于在IC等級上的I／O壓力越來越大，電路板設計被迫從傳統(tǒng)的PWBPTH通孔轉(zhuǎn)變?yōu)閹аb配電路板組件的微型通孔。幾何尺寸穩(wěn)定性、共面性以及通孔開裂與分層是主要的可靠性問題。電路板的厚度和機械特性直接影響芯片應力。因此，加工引起的撓曲和通孔與界面上的局部應力就顯得非常重要。計量工具與預計工具是必不可少的。5加工引起的缺陷的影響隨著芯片與電路板的空隙的減小，填料的粘性就顯得相當重要，因為它決定了其流

8、速的快慢以及它如何填滿空隙。當清潔極小空隙下的殘留焊劑困難時，問題會更大和更為嚴重。特別是可能會無法清潔焊球／底層／鈍化層的角與焊球／底層／焊接掩膜的角。界面會受到沾污，以致于降低了界面的粘結(jié)力，從而縮GreatHumanTechnologyINC.Technologicrept2短了倒裝片封裝的壽命時間。對于某些底層來說，因其填料內(nèi)有空腔而出現(xiàn)了沉積。因此，填料會沿著電路板側(cè)面不斷聚集。沉積的影響是一個令人感興趣的問題。目前，研究人員

9、正在集中研究沉積、不完全填充、角缺陷和分層對倒裝片封裝的壽命時間的影響，不久將會發(fā)表研究成果。6球節(jié)距／尺度效應當芯片與電路板之間的空隙縮小時，填充層就變得更薄，焊球也變得更小。金屬間效應就更為重要。這也是研究人員正在做的工作。目前，研究人員已在非線性有限元計算中獲得250～50微米的球節(jié)距的若干結(jié)果。這些結(jié)果會在不久的將來發(fā)表。7焊點疲勞當分層不再成為問題時，最后的失效模式是焊點疲勞。在國際電子封裝會議上，有專門的論文介紹焊點疲

10、勞。8導電環(huán)氧樹脂的可靠性環(huán)氧樹脂為基的各向異性導電粘結(jié)劑已用于倒裝片封裝。這種封裝的若干可靠性問題已被鑒別。其中一個問題是因組裝期間非均勻施加的壓力所引起的電氣短路。這是由于接觸面積不充足造成的。按施加的壓力進行加工參數(shù)的最佳選擇，這是保證倒裝片封裝可靠性所必需的條件。目前，WaneState大學的研究工作還在繼續(xù)進行，以觀察熱機械綜合負載導致的變形。9加速試驗目前，那些陶瓷與氣密封裝材料和結(jié)構(gòu)所采用的加速試驗方法很少。聚合物為基的

11、系統(tǒng)與陶瓷和氣密封裝的差別很大，因為它們的界面對溫度和潮氣敏感。對于這些試驗方法來說，人們?nèi)狈铀傧禂?shù)的定量了解，以失效物理為基的模型必需把不同溫度范圍聯(lián)系起來。這種失效物理為基的模型的實例是由Delco論證的填充材料的選擇，他采用了4點彎曲試驗來評價界面完整性。應注意，這些結(jié)果與熱循環(huán)試驗結(jié)果相關(guān)，因為分層是主要失效模式。界面強度始終是決定電子封裝中倒裝片結(jié)構(gòu)可靠性的重要因素。要從機械設計階段的材料試驗和結(jié)構(gòu)測試中獲得可靠、一致和全