倒装凸点在不同回流次数后的可靠性-深圳市FB体育
倒装凸点在不同回流次数后的可靠性_深圳市FB体育
倒装技术封装的电气路径长度比引线键合更短，因此能够提供优异的电气性能，高输入/输出密度和高互连速度。但是倒装技术的成本也比引线键合高得多。因此有研究者提出了将无掩模化学晶片凸点技术与化镍浸金（ENIG）电镀和钢网锡膏印刷工艺相结合，减少了凸点下冶金(UBM)溅射和光刻工艺，以此解决倒装芯片工艺的高成本问题。
锡膏印刷到晶片上之后会回流成为微凸点。微凸点的可靠性是值得关注的话题。Ha等人评估了SAC305/Sn63Pb37锡膏和ENIG UBM在多次回流的界面反应和机械强度。倒装器件采用了ENIG表面处理，镀有6μm厚的Ni-P层和0.15μm厚的Au层。焊盘直径为80μm，100μm和130μm。Sn63Pb37和SAC305的峰值回流温度为225和255°C。
图1. 倒装焊点示意图。
回流后微凸点的直径为130μm，160μm和190μm。在回流时ENIG层的Au首先溶入焊料中。对于Sn63Pb37锡膏，在焊料和Ni–P UBM的界面处形成了Ni3Sn4 IMC层。这是由于Ni从Ni-P层中扩散出去并与焊料Sn生成Ni3Sn4。此外，刚回流完成的凸点IMC较薄，随着回流次数的增加IMC的厚度增加。
图2. 回流后Sn63Pb37/ENIG界面: (a, b)焊盘尺寸130μm; (c, d)焊盘尺寸100μm; (e, f)焊盘尺寸80μm。
图3. 回流后SAC305/ENIG界面: (a, b)焊盘尺寸130μm; (c, d)焊盘尺寸100μm; (e, f)焊盘尺寸80μm。
SAC305锡膏在回流后在焊料和Ni-P层界面处生成(Cu, Ni)6Sn5。随着回流次数的增加，在界面处形成了块状（Cu，Ni）6Sn5和针状（Ni，Cu）3Sn4两种IMC。并且IMC的厚度随着回流次数增加而增加。
在器件使用时候经常会受到各种机械载荷和热应力的影响。因此芯片凸点的可靠性极其重要。Ha等人发现凸点剪切力变化和回流次数没有显著关系。尺寸大凸点的剪切力要高于尺寸小的凸点。此外，SAC305凸点的剪切力要大于Sn63Pb37。在进行剪切后，刚回流的Sn63Pb37凸点的断裂模式是韧性断裂，且回流10次后依然是韧性断裂。SAC305凸点在回流后为韧性断裂，但在回流10次后出现了小部分脆性断裂。
图4. 剪切后的凸点失效表面: (a, b)Sn63Pb37; (c, d)SAC305 (焊盘尺寸80μm)。
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参考文献
Ha, S.S., Kim, D.G., Kim, J.W., Yoon, J.W., Joo, J.H., Shin, Y.E. & Jung, S.B. (2007). Interfacial reaction and joint reliability of fine-pitch flip-chip solder bump using stencil printing method. Microelectronic Engineering, vol.84, pp.2640-2645.
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