一、介紹

    同其他封裝形式相比，倒裝焊技術(shù)在電子制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛，這是因為它在尺寸、性能、機(jī)動性、可靠性和成本等方面的優(yōu)勢，這是一種更加先進(jìn)的封裝技術(shù)。在倒裝焊技術(shù)中，帶焊點的芯片可以直接焊接到低值有機(jī)基板上，如FR-4印刷線路板，然后采用填充物進(jìn)行密封，與塑封器件類似，填充料密封可以顯著地減少芯片和基板熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配而產(chǎn)生剪切應(yīng)力，從而大大提高焊點的疲勞壽命。盡管如此，在密封填充物、芯片和基板間的界面仍然是主要影響可靠性的問題所在，如芯片裂紋、填充物裂紋和分層等等。裂紋在金屬間化合物(IMC)中很容易延伸并擴(kuò)張，金屬間化合物通常是在焊點與底層金屬化層(UBM)之間，所以，裂紋和分層影響到焊點疲勞壽命的提高。圖I所示是倒裝焊技術(shù)領(lǐng)域中幾種常見的潛在失效模式。

    二、試驗設(shè)計

    對倒裝焊技術(shù)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(tǒng)地，針對塑封器件采用熱循環(huán)試驗作為單步試驗，以評價熱膨脹系數(shù)(CTE)失配產(chǎn)生的熱一機(jī)械應(yīng)力問題，通常該項試驗要作1000 次循環(huán)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(jīng)常采用8S℃/85%RH 雙85試驗，或類似的侵蝕退化試驗進(jìn)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(shù)商業(yè)市場也可以接受1000 小時。但是，現(xiàn)在對塑封器件的常規(guī)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(chǎn)品開發(fā)上市時間，需要設(shè)計更加嚴(yán)酷的環(huán)境試驗，以縮短試驗和評估時間，降低產(chǎn)品成本。其中，典型的試驗是利用HAST試驗箱做高加速應(yīng)力試驗(HAST):試驗溫度121C, 100%RH, 2個大氣壓，根據(jù)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(huán)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(jīng)過本文設(shè)計的HAST試驗后(見表1), 進(jìn)行了相關(guān)的可靠性分析和失效分析。試驗結(jié)果說明HAST能夠作為一個有效的可靠性試驗評價工具用于倒裝焊技術(shù)領(lǐng)域。

    三、試驗流程及結(jié)果

    設(shè)計成雛菊鏈狀試驗電路的芯片(5。0x5。0mm)組裝到FR4基板上，該芯片采用電鍍基焊點{。藝沉積共晶焊點(63Sn/37Pb),在芯片表面濺射阻擋層Ti-W(1000A)和Cu(4000A), 焊點的平均高度為100μm， 焊點間距為450um，焊點面陣分布數(shù)量為I0x10(如圖 2所示)。密封填充物繞芯片邊沿90℃ 注入，然后固化。

    所有試驗樣品都要進(jìn)行電性能測試和掃描聲學(xué)顯微鏡(SAM)檢查，以進(jìn)行HAST試驗前后的比較。試驗樣品的制造過程和檢測流程見表2所示。

    沒有預(yù)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(xiàn)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(dāng)空洞的尺寸變得越來越大，就會嚴(yán)重影響焊點的可靠性，如焊點發(fā)生退化，其導(dǎo)通電阻增加。如圖4所示，在分別經(jīng)過24小時、48小時的HAST試驗后，焊點導(dǎo)通電阻的變化率都有增加。

    四、結(jié)論

    對倒裝焊技術(shù)而言，密封填充物和芯片或基板間的分層和焊點可靠性一直是一個特別重要的課題。對塑封型器件的可靠性評價，多年來-直將雙85試驗作為標(biāo)準(zhǔn)評價試驗工具。本文提出采用加速環(huán)境試驗如HAST,對倒裝焊接在FR4基板上面陣分布的焊點進(jìn)行可靠性評價，試驗結(jié)果表明可以代替雙85試驗，將是用于倒裝焊技術(shù)領(lǐng)域的-一個有效的可靠性試驗工具。

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