about reliability

1、GreatHumanTechnologyINC.Technologicrept1倒裝片的若干可靠性相關問題1引言倒裝片粘結是帶焊接處凸臺的硅片被倒置、然后被直接粘結到芯片載體上的一種技術。倒裝片技術已用來為大量輸入／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?，因為芯片與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，該技術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的人來說，不適當?shù)募庸た刂瓶梢鸶鞣N等級的沾污，粘結力未增強的填料可使那些相關界面的粘結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)距的若干結果。這些結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構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，這些結果與熱循環(huán)試驗結果相關，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構可靠性的重要因素。要從機械設計階段的材料試驗和結構測試中獲得可靠、一致和全