而其中，倒装芯片焊点尺寸设计和焊料接头的材料选择取决于器件的具体应用和器件设计者所提供的规范。另外，至今还没有任何关于倒装芯片焊料接头电迁移测试的行业标准，而这些标准的建立将会给设计工作提供很大的帮助。鉴于倒装芯片焊料接头的设计细节和选择规则已超出了本书的范围，本书仅提供一些关于焊料接头可靠性问题的基本理解，从而使设计师在其电路设计中考虑到这些问题。......
2023-06-20
处理倒装芯片焊料接头和复合焊料接头
【摘要】：倒装芯片焊点接头加工时，首先进行UBM层的沉积，随后在UBM层上电镀形成厚的焊料凸点。随后，低温回流将两部分焊料连接在一起，形成一个复合焊料接头。在倒装芯片器件中，37Pb63Sn焊料的典型回流条件是：保持氮气气氛，峰值温度为220℃，停留时间为90 s。图4.2通过丝网印刷和结块在焊盘上制备共晶焊料的工艺步骤图4.3一对倒装芯片复合焊料接头的横截面示意
倒装芯片焊点接头加工时，首先进行UBM层的沉积，随后在UBM层上电镀形成厚的焊料凸点。图4.1所示为UBM层的沉积和图案形成（步骤1~9）、在UBM层上电镀焊料凸点并通过回流以形成焊球（步骤10~12）的详细步骤。值得注意的是，在三层UBM层下有一层连续的TiW薄膜，而该薄膜会作为电镀焊料凸点时的电极。完成电镀并移除光刻胶后，电镀形成的焊料本身形成了一个蚀刻掩模，因而未被电镀焊料覆盖的TiW可经刻蚀去除，这样在刻蚀后凸点就可以相互电绝缘。我们也注意到，电镀焊料凸点需要很厚的光刻胶（至少50μm）。由于厚光刻胶常用来在Si基底上制备微机电系统（Micro-electro-mechanical Systems，MEMS）器件，因此它在很多实验室中均很容易获得。在光刻胶和TiW的刻蚀完成之后，经过一次回流可将电镀的圆柱形凸点变为一个圆形焊球。后续步骤中，具有面阵列焊球的芯片可通过二次回流连接到具有对应面阵列焊盘的印制电路板上，从而制备得到倒装芯片试样。在这个过程中，芯片上的面阵列焊球与基板上面阵列焊盘之间的对准是至关重要的，通常需要使用倒装芯片键合机。然而，二次回流过程具有一个内置的偏差公差。当焊球熔化时，其液体表面张力将拉动并扭转芯片以获得接近完美的对准，从而减少表面张力。这是可控塌陷芯片互连工艺的一个特性。
如果基板是陶瓷基板，则焊料可以是熔点超过300℃的高铅焊料，而这需要一个高的回流温度；如果基板是诸如FR4的聚合物基板，则必须使用锡铅共晶焊料或无铅焊料。由于共晶焊料会导致第3章所述的金属间化合物从薄膜UBM层上剥落的现象，因此必须使用厚的UBM层或复合焊料凸点来克服这种剥落问题。在复合焊料接头中，Au/Cu/Cu-Cr UBM层和高铅焊料位于芯片侧，而共晶焊料则在芯片与聚合物基板进行互连前就被沉积在基板侧的焊盘表面。图4.2所示为用丝网印刷法在焊盘上进行共晶焊料沉积的工艺过程。在完成所有焊盘上形成共晶焊球的回流焊步骤之后，接下来需要完成结块工艺（Caking）。结块过程中，对共晶焊球进行压制以形成一个平坦的顶面，然后使用倒装芯片键合机对准芯片和基板，使高铅焊球位于共晶焊料平整的凸台上。随后，低温回流将两部分焊料连接在一起，形成一个复合焊料接头。图4.3所示为一对倒装芯片复合焊料接头的横截面示意。
图4.1 UBM层的沉积与图案形成（步骤1~9）、在UBM层上电镀焊料凸点并通过回流以形成焊球（步骤10~12）的工艺步骤（由UCLA的Dr.J.W.Nah提供）
图4.3中，带有97Pb3Sn焊球的芯片被倒装在带有37Pb63Sn焊料凸台的基板上。芯片侧的UBM层结构为溅射TiW膜（0.2μm）/Cu（0.4μm）/电镀Cu（5.4μm），而基板侧的键合焊盘则为化学镀Ni（P）层（5μm）/Au膜（0.1μm）。芯片侧Al布线的厚度为1μm，而基板侧Cu布线的厚度则为18μm。在倒装芯片器件中，37Pb63Sn焊料的典型回流条件是：保持氮气气氛，峰值温度为220℃，停留时间为90 s。通过将熔融的37Pb63Sn焊料润湿并覆盖在固态97Pb3Sn焊球的整个表面来形成复合焊料接头，图4.3展示了一个在高铅焊球上的共晶圆形镀层。
图4.2 通过丝网印刷和结块在焊盘上制备共晶焊料的工艺步骤
图4.3 一对倒装芯片复合焊料接头的横截面示意
有关电子软钎焊连接技术 材料、性能及可靠性的文章
- 详细阅读
-
倒装芯片焊料接头的热迁移和直流电迁移问题分析详细阅读
直流电迁移中存在着极化效应。然而我们需要考虑的是电迁移过程中热迁移的贡献。当电迁移产生的焦耳热在焊料接头上引起了1 000℃/cm的温度梯度时就会出现热迁移。若假设硅芯片侧的温度较高，热迁移就会驱使主要扩散元素向下运动，其方向与下移电子引起的电迁移相同，因此电迁移和热迁移效应会累加。然而在右侧的凸点中，电迁移会使原子向与热迁移相反的方向运动，即这两种迁移效果互相抵消。......
2023-06-20
-
焊料接头相互作用引起剥落增加现象详细阅读
如上一节中所讨论，Cu/Ni/Al薄膜UBM层上的6 Sn5颗粒会由于焊料接头另一个界面上的金属间化合物的相互作用而加速剥落。若在焊接接头的另一侧上没有金属，比如说，若在Cu/Ni/Al上仅有一个共晶SnCuAg焊点，那么，剥落现象在20次回流后才能观察到。而当Au/Ni金属间化层与凸点另一侧连接时，仅仅经历5次回流就能看到剥落现象。研究SnPb焊料和无铅焊料时都发现了类似的现象。事实证明，若我们在焊点的另一侧用纯Ni代替Au/Ni，金属间化合物的剥落现象增强。......
2023-06-20
-
微型设备测焊料接头夏比冲击试验详细阅读
为了将夏比冲击试验应用于小型试样，例如，电子封装中的单个BGA或单个倒装芯片焊球接头，其焊球直径为760~1 000μm，我们搭建了微型夏比冲击试验机用于测试这些焊球与其基板的键合性质[4-7]，如图11.9所示。图11.9微型夏比冲击试验机照片微型夏比冲击试验机已被用于研究焊接到BGA基板上焊球的冲击韧性。图11.10所示为沿焊料凸点与金属间化合物相间界面脆性断裂的SEM照片。......
2023-06-20
-
焊料接头：可靠性与科学问题分析详细阅读
焊料接头随处可见。例如，2006年7月1日，欧盟颁布法令，禁止在消费类电子产品中使用含铅焊料。本书力求理解焊料接头可靠性问题的基本理论，特别是重点介绍了焊料反应和电迁移的科学问题。以锡铅共晶焊料的熔点456 K为例，室温和100℃分别接近它熔点的0.66和0.82。为了形成良好的焊料接头，熔化的焊料和固体铜之间的润湿反应依赖于化学助焊剂。......
2023-06-20
-
焊料接头中电、热迁移引起的相分离加速现象详细阅读
我们称这一现象为热迁移或电迁移诱发的“相分离的共晶效应”，而关于热迁移的内容将会在本书第12章进行论述。这两种合金以图4.5中150℃等温线上的A、B两点表示。因此，若焊料中热迁移或电迁移导致了分离，仅意味着体积分数梯度的改变，而非化学势梯度的改变。因此，相比于PbIn等单相合金中，组分的改变可导致浓度梯度的改变从而产生阻碍相分离的作用力，共晶SnPb等两相混合物的相分离非常明显。......
2023-06-20
-
热迁移现象在未通电共晶锡铅焊料接头中的影响详细阅读
用于热迁移测试的共晶37Pb63Sn倒装芯片焊料接头的测试结构与图12.2很相似，其有11个凸点。而通电凸点附近的未通电的凸点将用来研究热迁移。图12.7所示为四个未通电的凸点在电迁移测试后的横截面SEM照片。图12.7四个未通电的凸点在电迁移测试后的横截面SEM照片图12.8所示为未通电凸点的横截面高倍照片，图中Sn和Pb的重新分配表现在：铅大量积累在了冷端（基板端），热端处（芯片端）没有锡积累。......
2023-06-20
-
T形接头和搭接接头的优化埋弧焊工艺详细阅读
T形接头和搭接接头的焊缝均是角焊缝，埋弧焊时，一般采用平角焊和船形焊两种方式。图1-4-20 平角焊示意图图1-4-21 船形焊示意图a）T形接头 b）搭接接头2.船形焊法船形焊法主要用于焊件易于翻转的场合。它是将角焊缝的两边置于与垂直线成45°的位置，如图1-4-21所示。这时接头处在相当于90°坡口平焊的位置，焊缝成形最有利，焊接效率高、容易保证焊缝质量，钢结构工字梁的角焊缝埋弧焊采用这一方法是最典型的工艺。......
2023-06-25
相关推荐