倒裝凸點在不同回流次數(shù)后的可靠性-深圳市福英達
倒裝凸點在不同回流次數(shù)后的可靠性_深圳市福英達
倒裝技術封裝的電氣路徑長度比引線鍵合更短，因此能夠提供優(yōu)異的電氣性能，高輸入/輸出密度和高互連速度。但是倒裝技術的成本也比引線鍵合高得多。因此有研究者提出了將無掩模化學晶片凸點技術與化鎳浸金（ENIG）電鍍和鋼網(wǎng)錫膏印刷工藝相結合，減少了凸點下冶金(UBM)濺射和光刻工藝，以此解決倒裝芯片工藝的高成本問題。
錫膏印刷到晶片上之后會回流成為微凸點。微凸點的可靠性是值得關注的話題。Ha等人評估了SAC305/Sn63Pb37錫膏和ENIG UBM在多次回流的界面反應和機械強度。倒裝器件采用了ENIG表面處理，鍍有6μm厚的Ni-P層和0.15μm厚的Au層。焊盤直徑為80μm，100μm和130μm。Sn63Pb37和SAC305的峰值回流溫度為225和255°C。
圖1. 倒裝焊點示意圖。
回流后微凸點的直徑為130μm，160μm和190μm。在回流時ENIG層的Au首先溶入焊料中。對于Sn63Pb37錫膏，在焊料和Ni–P UBM的界面處形成了Ni3Sn4 IMC層。這是由于Ni從Ni-P層中擴散出去并與焊料Sn生成Ni3Sn4。此外，剛回流完成的凸點IMC較薄，隨著回流次數(shù)的增加IMC的厚度增加。
圖2. 回流后Sn63Pb37/ENIG界面: (a, b)焊盤尺寸130μm; (c, d)焊盤尺寸100μm; (e, f)焊盤尺寸80μm。
圖3. 回流后SAC305/ENIG界面: (a, b)焊盤尺寸130μm; (c, d)焊盤尺寸100μm; (e, f)焊盤尺寸80μm。
SAC305錫膏在回流后在焊料和Ni-P層界面處生成(Cu, Ni)6Sn5。隨著回流次數(shù)的增加，在界面處形成了塊狀（Cu，Ni）6Sn5和針狀（Ni，Cu）3Sn4兩種IMC。并且IMC的厚度隨著回流次數(shù)增加而增加。
在器件使用時候經(jīng)常會受到各種機械載荷和熱應力的影響。因此芯片凸點的可靠性極其重要。Ha等人發(fā)現(xiàn)凸點剪切力變化和回流次數(shù)沒有顯著關系。尺寸大凸點的剪切力要高于尺寸小的凸點。此外，SAC305凸點的剪切力要大于Sn63Pb37。在進行剪切后，剛回流的Sn63Pb37凸點的斷裂模式是韌性斷裂，且回流10次后依然是韌性斷裂。SAC305凸點在回流后為韌性斷裂，但在回流10次后出現(xiàn)了小部分脆性斷裂。
圖4. 剪切后的凸點失效表面: (a, b)Sn63Pb37; (c, d)SAC305 (焊盤尺寸80μm)。
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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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