倒装芯片下填充工艺的新进展(二)

为了增加在有机基板上倒装芯片安装的可靠性,在芯片安装后,通常都要进行下填充。下填充的目的是为了重新分配由于硅芯片和有机衬底间热膨胀系数失配产生的热应力。然而,仅仅依靠填充树脂毛细管流动的传统下填充工艺存在一些缺点。为了克服这些缺点,人们研究出了一些新的材料和开发出了一些新的工艺。     

倒装芯片下填充工艺的新进展(一)

为了增加在有机基板上倒装芯片安装的可靠性,在芯片安装后,通常都要进行下填充。下填充的目的是为了重新分配由于硅芯片和有机衬底间热膨胀系数失配产生的热应力。然而,仅仅依靠填充树脂毛细管流动的传统下填充工艺存在一些缺点。为了克服这些缺点,人们研究出了一些新的材料和开发出了一些新的工艺。     

焊球分布模式对芯片下填充胶流动的影响

分析了在倒装芯片尺寸、相邻焊球中心之间距离相同的情况下,焊球点满布叉排排列和满布顺排排列对倒装芯片下填充流动的影响。并就焊球点布置密度不同,在顺排和叉排排列两种方式时,用相同的填充时间填充材料流动前端所走过的距离以及其分布情况进行了计算机模拟分析研究。     

倒装芯片封装技术的凸点、压焊及下填充

简要叙述了IBM公司的倒装片技术,包括凸点形成技术、压焊技术和下填充技术,并展望了倒装片技术的发展前景.     

基于表面能理论的倒装芯片封装下填充流动研究

为了预测倒装芯片封装中的下填充过程,通常要首先通过繁复的方法来求解平均毛细压.为了避免此问题,从能量的角度分析了倒装芯片封装工艺中的下填充流动过程.认为下填充是较低表面能的界面代替较高表面能的界面的过程,所释放的表面能用于形成流体流动的动能和克服阻力的能量损耗,期间能量守恒.在此分析的基础上建立了下填充流动的新模型.建立了可视化的下填充流动实验装置,并用下填充实验验证了所建立新模型的准确性.该模型避免了计算平均毛细压的复杂过程,并可方便地扩展到焊球排布形式不同的倒装芯片.     

倒装芯片的底部填充材料和涂布

倒装芯片是当今半导体封装领域的一大热点,它既是一种芯片互连技术,更是一种理想的芯片粘接技术。以往后级封装技术都是将芯片的有源区面朝上,背对基板粘贴后键合(如引线键合和载带自动键合TAB)。而倒装芯片则是将芯片有源区面对基板,通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点来实现芯片与衬底的互连。显然,这种芯片互连的方式能够提供更高的I/O密度。     

倒装片下填充技术综述

本文描述了倒装片主流技术的发展方向。并对快速毛细管下填充、连续可塑下填充、非流动性下填充、各向异性导电薄膜和圆片级下填充等进行了阐述。     

倒装芯片下填充流动二维化数值分析方法的应用

下填充流动是确保倒装芯片可靠性的重要封装工艺,其流场和流动过程具有明显的二维特征,通过降维得到的二维化数值分析新方法能高效地模拟下填充流动过程.针对一种焊球非均匀、非满布的典型倒装芯片,用该数值分析方法模拟了单边下填充流动的过程,并用实验对模拟结果进行了检验.实验采用了可视化的下填充流动装置,倒装芯片试样采用硅-玻璃键合(SOG)方法制作.将数值模拟结果与实验结果比较发现,无论是流动速度还是流动前沿的形态,两者均呈现出较高的吻合度.这表明:针对下填充流动的二维化数值分析方法兼具高效性和准确性,具有较高的应用价值.     

倒装芯片封装中非牛顿流体下填充的数值仿真

倒装芯片封装中的下填充工艺可以有效地提高封装连接的可靠性,因而得到了广泛应用。含有硅填料的环氧树脂是常用的下填充胶料,在下填充流动过程中表现出明显的非牛顿流体特性。利用Fluent软件对具有非牛顿流体特性胶料的下填充过程进行了三维数值模拟。采用流体体积比函数(VOF)对流动前沿界面进行追踪,再用连续表面张力(CSF)模型来计算下填充流动的毛细驱动力,并用幂函数本构方程来体现下填充胶料的非牛顿流体特性。通过数值模拟,获得了下填充流动前沿位置随时间变化的数据,这些数据与实验结果有较好的吻合度。该数值方法可较好地预测具有非牛顿流体性质胶料的下填充过程。     

倒装芯片的可修复底部填充技术

板上芯片技术(Chip-on-Board简称COB),也称之为芯片直接贴装技术(Direct Chip Attach简称DCA),是采用粘接剂或自动带焊、丝焊、倒装焊等方法,将裸露的集成电路芯片直接贴装在电路板上的一项技术。倒装芯片是COB中的一种(其余二种为引线键合和载带自动键合),它将芯片有源区面     

填充不流动胶的倒装焊封装中芯片的断裂问题

用断裂力学方法和有限元模拟分析了填充不流动胶芯片断裂问题 .模拟时在芯片上表面中心预置一裂缝 ,计算芯片的应力强度因子和能量释放率 .模拟表明 ,由固化温度冷却到室温时 ,所研究的倒装焊封装在填充不流动胶时芯片断裂临界裂纹长度为 12 μm,而填充传统底充胶时为 2 0 μm.模拟结果显示芯片断裂与胶的杨氏模量和热膨胀系数相关 ,与胶的铺展关系不大 .焊点阵列排布以及焊点位置也会影响封装整体翘曲和芯片断裂 .     

球形焊点三角形排列倒装芯片底部填充的能量法研究

对于具有球形焊点且呈正三角形排列的倒装芯片,由于其待填充的空隙结构复杂,难以通过平均毛细压来建立底部填充的解析模型.因此通过能量变化来分析底部填充过程以避免平均毛细压的计算.首先分析了底部填充过程中表面能的变化、动能的变化和流道壁面对流动的阻力损耗;然后根据能量守恒定律得到了反映底部填充过程的新解析模型;最后用计算流体力学(CFD)软件对底部填充过程进行了三维数值模拟,以此验证了基于能量法的新解析模型.能量法更具有通用性,可用于研究焊点形状和排列方式复杂的倒装芯片底部填充过程.     

MEMS压力传感器上柔性化凸点制备方法

介绍了一种适用于MEMS压力传感器的低成本、柔性化凸点下金属层(Under Bump Metal,UBM)和凸点(Bump)的制备工艺。其中凸点下金属层分为Ni-P/Cu两层,使用化学镀的方法沉积在Al焊盘表面;凸点通过焊膏印刷回流预制于陶瓷基片上,再通过转移工艺移植到焊盘上。为了检验此套工艺制出的凸点结构是否具有足够的强度,对凸点进行了剪切破坏试验。结果表明,凸点与凸点下金属层、凸点下金属层与Al焊盘均结合牢固,破坏主要发生在焊料凸点内最薄弱的金属间化合物层(Intermetallic Compound,IMC)。     

Three-Dimensional Thermoelectrical Simulation in Flip-Chip Solder Joints with Thick Underbump Metallizations during Accelerated Electromigration Testing

In flip-chip solder joints, thick Cu and Ni films have been used as under bump metallization (UBM) for Pb-free solders. In addition, electromigration has become a crucial reliability concern for fine-pitch flip-chip solder joints. In this paper, the three-dimensional (3-D) finite element method was employed to simulate the current-density and temperature distributions for the eutectic SnPb solder joints with 5-μm Cu, 10-μm Cu, 25-μm Cu, and 25-μm Ni UBMs. It was found that the thicker the UBM is the lower the maximum current density inside the solder. The maximum current density is 4.37 × 10⁴ A/cm², 1.69 × 10⁴ A/cm², 7.54 × 10³ A/cm², and 1.34 × 10⁴ A/cm², respectively, when the solder joints with the above four UBMs are stressed by 0.567 A. The solder joints with thick UBMs can effectively relieve the current crowding effect inside the solder. In addition, the joint with the thicker Cu UBM has a lower Joule heating effect in the solder. The joint with the 25-μm Ni UBM has the highest Joule heating effect among the four models.     

陶瓷封装倒装焊器件Sn-Pb微焊点的电迁移行为

高密度陶瓷封装倒装焊器件的焊点尺寸已降低至100μm以下,焊点电流密度达到10~4 A/cm~2以上,由此引发的电迁移失效成为不可忽视的问题。以陶瓷封装菊花链倒装焊器件为研究对象,开展了Sn10Pb90、Sn63Pb37焊点热电环境可靠性评估试验,通过电连接检测及扫描电子显微镜(SEM)等方法对焊点互连情况进行分析。结果表明,Sn63Pb37焊点阴极侧金属间化合物(IMC)增长明显,表现出明显的极化现象,IMC厚度的平方与通电时间呈线性关系。通电时间达到576 h后Sn63Pb37焊点阴极侧产生微裂纹,而Sn10Pb90焊点在通电576 h后仍未出现异常,表现出优异的电迁移可靠性。研究结果对于直径100μm微焊点的陶瓷封装倒装焊器件的应用具有重要的意义。     

Fracture Mechanics of Solder Bumps During Ball Shear Testing: Effect of Bump Size

This paper examines the mechanics of ball shear testing with the objective of understanding the mechanism by which the maximum shear force and the rate of crack growth is dependent on the solder bump size. For this, Pb-Sn solder bumps with diameters between 460 μm and 760 μm are soldered to 400 μm-diameter Cu pads and subjected to ball shear testing. In spite of the constant interface area, the bump size significantly impacts the measured shear fracture force and the crack growth rate. Both the fracture force and the crack growth rate increase with bump size, and in the case of the fracture force, the increase is almost linear. Our analysis finds that the linear increase in the fracture force is a result of the bump deformation force, which increases with bump size. A simple model that accounts for the deformation force component is developed and used to extract the true interface fracture force. The estimated true interface fracture force is found to vary little with bump size, tightly converging to the 40 MPa to 48 MPa range. On the other hand, the dependence of crack growth rate on bump size is found to result from the higher degree of rotational moment associated with larger bumps.