面对无铅焊料和微细间距挑战的晶圆凸点(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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大规模无铅焊料的应用

无铅化不断地获得人们的认可。Intel公司100%的二级封装采用无铅焊料，他们的目标是，到2005年底，100%的一级封装采用无铅焊料；在2006年以前，实现欧盟发布的严格的无铅法规。与此同时，大多数人考虑在晶圆级芯片规模封装（Wafer-LevelChip-ScalePackaging，简称WLCSP）中采用0.5mm的间距。

人们通过采用倒装芯片技术，实现了设备成本的降低和高可靠性。热管理和坚固的凸点冶金技术是成功的实施倒装芯片封装的关键。为了能够通过使用倒装芯片获得最大的成本收益，对于任何一块给定的电路板，需要将尽可能多的集成电路器件转变为倒装芯片。这样一来，许多的功率器件也变换为倒装芯片。

降低硅成本费用的途径之一是裸片的缩小，它又常常是通过减少凸点的间距来实现的。然而，随着间距的减少，电路板的制造成本却增加了。此时，200～250μm的间距设计出现了，它可以使总的成本支出达到最小化（对于在电路板上直接放置倒装芯片而言）。在BGA器件中采用的倒装芯片拥有非常不同的成本结构和偏向于采用微细的凸点间距。Delphi公司采用焊膏涂覆和回流晶圆凸点的工艺技术，可以实现100μm的间距。

Delphi公司使用Al-NiV-Cu喷溅薄膜UBM工艺和数种不同的凸点合金（包括50InPb、InPbAg、SnPb-2.5Cu和63SnPb）来构建其倒装芯片产品。涉及倒装芯片封装可靠性的主要部分是焊料的疲劳强度、UBM电迁移性能、焊料的电迁移性能，以及UBM的消耗量。这些破坏机理只是在研究所的实验室通过长期的可靠性测试所观察到的。自2000年以来，在Delphi公司每年有数百万个电子模块通过采用在薄片上的倒装芯片技术生产出来，还没有发现一例失效现象是由于上述失效机理以外的原因所产生的。

事实上，倒装芯片是在PCB上最可靠的封装技术之一。从历史的角度来看，凸点焊料所发生的疲劳现象是由于在倒装芯片和它的基质之间由于热量不匹配所引发的。对于倒装芯片封装而言，它是主要的涉及可靠性的问题。通过采用现如今的工艺技术，凸点焊料的疲劳现象可以通过选择合适的裸片尺寸组合、基质材料、底部填充、凸点冶金和组装工艺技术予以缓解。实际的挑战来自于工作温度的增加、由于裸片尺寸的缩小所引发的凸点电流密度的增加，以及许多的应用处在恶劣的环境下面工作中。

对于间距为150μm采用SnPb共熔合金的凸点来说，最大的电流载荷能力在140℃时为240mA。值得注意的是，当采用SnPb共熔合金的凸点安置在采用NiAu镀覆的PCB上时，不能在150℃的应用环境下进行操作。失效机理在于UBM的消耗量，它可以通过HTS、HTOL观察到，如果为了满足较长的周期（例如在200小时内渐增地达到150℃），测试温度超过140℃时，可以进行热循环测试。冶金方面的可靠性可通过在Al-NiV-Cu薄膜UBM上的SnPb共熔合金凸点所形成，其目的是起到UBM厚膜的作用。

在近似共熔合金的SnPbCu合金中附加的铜可以在凸点固化（冷却）期间，或者实施回流焊接工艺操作时，沿着UBM和焊料界面发生沉淀，从而形成Cu-SnIMC。这样就产生了较厚的UBM，它包容有一附加的Cu-SnIMC层，该层处于有机薄膜UBM的上面。采用SnPb-2.5Cu的凸点现在能够满足一个凸点在150℃时，承载350mA电流传输的能力，同时可以适应在-50～ 150℃的热循环中运行1000次的要求。

结束语

如今，在许多电子产品中的含铅焊料被迅速地取代，以求能够符合去除危险材料的国际公约。处于领先地位的替换材料是SnAgCu合金。与此同时，采用特细间距（小于50μm）的WLP技术在一些处于特别开发的技术领域，也找到了它的一席之地。如果说性价比合适，微细间距的凸点将能够被大规模的采用。 (

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