倒裝芯片微凸點(diǎn)焊工藝研究及焊點(diǎn)應(yīng)變有限元仿真.pdf

1、隨著倒裝芯片封裝密度的進(jìn)一步提高，相應(yīng)的微凸點(diǎn)尺寸逐漸減小到100岬左右甚至更小，微尺度條件下焊點(diǎn)的界面反應(yīng)及可靠性問題將變得更加復(fù)雜，亟需進(jìn)行細(xì)致研究。目前針對高鉛微凸點(diǎn)焊的研究較少，無法為實(shí)際工藝的選擇提供理論指導(dǎo)。本論文主要針對目前航空航天領(lǐng)域所使用的FC-CCGA1144器件130μm微凸點(diǎn)回流后的界面微觀組織、晶粒形貌、剪切強(qiáng)度及斷裂形式展開細(xì)致分析，以優(yōu)化凸點(diǎn)成分及回流工藝;并針對倒裝芯片微凸點(diǎn)的熱循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行仿真分析。

2、
　　本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.研究95Pb-5Sn、90Pb-10Sn和85Pb-15Sn三種成分的凸點(diǎn)在芯片側(cè)Ni UBM(UnderBump Metallization)及基板側(cè)Ni-B薄膜上單次和多次回流后的界面反應(yīng)及剪切性能發(fā)現(xiàn):95Pb-5Sn、90Pb-10Sn凸點(diǎn)與Ni UBM的界面反應(yīng)速度相對較為緩慢，而85Pb-15Sn凸點(diǎn)與Ni UBM的界面反應(yīng)速率明顯加快，界面晶粒粗化現(xiàn)象明顯;界面反

3、應(yīng)動(dòng)力學(xué)表明Ni-B薄膜的界面反應(yīng)速率較Ni UBM明顯降低，其中85Pb-15Sn與Ni-B的界面反應(yīng)速率較NiUBM約降低一倍;回流后凸點(diǎn)內(nèi)Sn含量計(jì)算結(jié)果表明90Pb-10Sn凸點(diǎn)Sn含量的下降百分比最低;單次和三次回流后界面剪切斷裂形式均為釬料內(nèi)塑性斷裂，且釬料內(nèi)Sn含量增加時(shí)接頭的剪切強(qiáng)度稍有提高但剪切距離下降。通過界面反應(yīng)、晶粒尺寸、UBM消耗、剪切性能進(jìn)行對比分析，倒裝芯片凸點(diǎn)成分選擇90Pb-10Sn較為合適。
　

4、　2.研究90Pb-10Sn凸點(diǎn)在芯片側(cè)Ni UBM及基板側(cè)Ni-B薄膜上不同回流時(shí)間后的界面反應(yīng)及剪切性能發(fā)現(xiàn):回流后兩側(cè)界面均形成Ni3Sn4 IMC(Intermetallic Compound)，當(dāng)回流時(shí)間由50 s延長至150 s時(shí)Ni3Sn4 IMC的平均晶粒尺寸由0.8μim增大到1.2μim;90Pb-10Sn凸點(diǎn)回流150 s時(shí)芯片側(cè)Ni UBM消耗較為嚴(yán)重，芯片側(cè)焊盤強(qiáng)度降低，剪切高度較低時(shí)部分焊點(diǎn)的失效表現(xiàn)為沿焊盤

5、斷裂;90Pb-10Sn凸點(diǎn)在基板側(cè)回流50 s、70 s時(shí)焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度約為320mN，而回流時(shí)間延長為100 s、150 s時(shí)焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度約為250mN，降低約20％。通過界面反應(yīng)、晶粒尺寸、UBM消耗、剪切性能進(jìn)行對比分析，最終考慮90Pb-10Sn凸點(diǎn)的回流時(shí)間選取50～70s較為合適。
　　3.凸點(diǎn)熱循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變仿真分析表明:采用底部填充后較無底部填充時(shí)焊點(diǎn)的應(yīng)變約降低20～30倍，且底充膠熱膨脹系數(shù)與凸點(diǎn)熱膨脹系數(shù)