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标题: FLIP CHIP焊点失效机理 [打印本页]

作者: m1_ljp 时间: 2012-8-16 13:43 标题: FLIP CHIP焊点失效机理

FLIP CHIP焊点失效机理

FLIP CHIP 所谓倒装芯片字面意思为“将芯片翻转过来”，针对以往的引线接合结构（芯片面向上，用引线连接，其引线连接到引线框的结构称为Face-up结构），倒装芯片的结构则是将功能面，与基板直接用焊料凸点（solder bump）接合的结构。倒装芯片技术可大大缩小封装体积，在高密度和低成本上有一定的优势。
倒装芯片可靠性要求倒装芯片组装品曝露的环境跨度很大，其中包含有：机械性冲击及振动、制造过程中受化学性／温度环境的影响、使用环境下的环境应力等。由环境诱导的热膨胀和机械应力分散在所有的焊料接合处，而且焊料接合处的形状因工艺的差异、最终组装品强度的不同而成为决定性因素。
为提高倒装芯片组装品的可靠性，可在芯片底部填充树脂填料（under fill）。适当的底部填料可以分散因热膨胀系数不同引起的应力，其结果可以缓和互连部分应力，延长寿命。底部填料除了可用于更严酷的环境下，更适用于大型芯片，但是并不能说所有的组装品都需要。如果材料和生产工艺控制不当，采用底部填料有时也会诱发其它失效模式。
失效机理影响软钎焊可靠性的主要失效机理是由于可诱发蠕变和疲劳等热-机械性工艺造成的损伤蓄积引起的。此外还有造成短路和开路的电子迁移、热迁移而产生故障。与热-机械性故障同时发生的电气故障则是由于存在产生化学反应或造成腐蚀的特定物质，存在加速迁移的金属离子等参与的结果。
热疲劳和蠕变的相互作用焊料接合处在温度循环过程中会产生很大的剪切应力，剪切应力是由于裸芯片与衬底间热膨胀率不匹配而产生的，周期性温度变化引起焊料接合处周期性应力变化。从这种意义来讲，在焊料接合处产生了热疲劳。蠕变是指材料在长时间的恒温、恒应力（即使应力小于该温度下的屈服强度）作用下缓慢产生塑性变形，这种变形最终会导致断裂。当约比温度大于0.4时最容易发生蠕变（约比温度＝T/Tm ，T：环境温度；Tm：焊料熔点，均为绝对温度）。器件的温度循环通常在0.4Tm～0.8Tm之间，当被施加载荷时，蠕变变形通过位错滑移、晶界滑动及空位扩散等方式进行。器件在实际使用过程中热疲劳和蠕变同时发生相互作用，共同对产品可靠性产生影响。
剪切应力剪切应力对焊料接合处影响是显著的。剪切应力和焊料接合处的形状密切相关，剪切应力与接合高度成反比。最理想的是瘦长形焊料柱将应力分散在焊料接合处内部，可延长疲劳寿命。矮胖形且有近似凹型under fill凸点合金（UBM）的接合，其寿命较短。
加速寿命试验要对实际使用状态下的器件做寿命试验，则需要与设计寿命相当的时间。所以封装品要通过加速温度循环来试验，即扩大温度范围、缩短各自高低温的曝露时间。通过扩大温度范围，焊料接合处曝露于因不同材料间热膨胀率不匹配产生的剪切应力中。扩大温度范围，虽然焊料接合处蓄积的损伤会增加，但如果有充足时间焊料接合处应力就会缓和，如果温度上升/下降时间或曝露时间小于应力缓和所需的时间，那就是真正典型的加速试验了，也就是说试验中的应力累积不会使接合处的应力完全达到缓和状态。但是我们也要认识到大大超过实际使用温度的试验会产生多种在实际使用过程中不可能发生的失效模式。

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