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1、第31卷第2期沈阳航空航天大学学报Vol郾31No郾22014年4月JournalofShenyangAerospaceUniversityApr郾2014文章编号:2095-1248(2014)02-0043-04电场作用下CSP的失效行为11,222刘春忠,崔献威,吴摇迪,刘志权(1郾沈阳航空航天大学材料科学与工程学院,沈阳110136;2郾中国科学院金属研究所,沈阳110016)摘要:主要研究95郾5Sn3郾8Ag0郾7Cu焊球电迁移过程和焊点的失效行为,发现焊点的电迁移过程主要分为3个阶段:微孔洞的孕育与形成、孔洞的聚集和快速失效阶段。CuSn生长速率随着环65境
2、温度的升高而增大,CuSn在UBM和CuSn的界面处也随着CuSn的长大而生成并生长,36565PCB侧的Cu焊盘在电子风的作用下溶解。焊点的失效模式主要为焊盘的溶解、焊球两个界面的裂纹生长断裂和焊球的熔化。关键词:电迁移;无铅焊球;金属间化合物;芯片级封装中图分类号:TB31摇摇摇文献标志码:Adoi:10.3969/j.issn.2095-1248.2014.02.010FailurebehaviorofCSPinducedbyelectricalfield11,222LIUChun鄄zhong,CUIXian鄄wei,WUDi,LIUZhi鄄quan(1郾Colle
3、geofMaterialScienceandEngineering,ShenyangAerospaceUniversity,Shenyang110136,China;2郾InstituteofMetalResearch,ChineseofAcademyofSciences,Shenyang110016,China)Abstract:Theelectromigrationprocessandfailurebehaviorsof95郾5Sn3郾8Ag0郾7Cusolderbumpswerein鄄vestigated.Anditwasfoundthattheelectromig
4、rationofbumpshadthreemainstages:theincubationandformationofmicro鄄hole,theassemblyofholesandtherapidfailure.CuSngrewfasterwiththeelevatedtem鄄65perature.CuSngeneratedandgrewattheinterfacebetweenUBMandCuSnasCuSngrew.Thecopper36565paddissolvedundertheelectronwindatPCBside.Thethreefailuremodel
5、sofsolderbumpwereidentifiedasthecopperpaddissolution,thecrackpropagationattwosidesofsolderbumps忆interfaceandthemeltingofsolder.Keywords:electromigration;lead鄄freesolder;intermetalliccompound;CSPsizepackaging摇摇随着电子产品向便携化、微型化、高性能方向本文采用倒装芯片无铅互连焊点研究电迁移发展,芯片的集成度和印制电路板的组装密度不单因素对组织的影响,通过焊点间的电阻值的
6、变断提高,焊点尺寸及间距越来越小,焊点中的电流化揭示组织演化过程,为无铅焊点的可靠性研究密度进一步提高,使焊料中的电迁移效应变得越提供理论基础。来越显著。由于电迁移效应会直接导致焊点的电[1-4]气性能失效而引起可靠性问题,当前电迁移1摇实验方法问题已经受到越来越多的关注和研究。电子传导电信号的同时也在焊点的接口处产本工作采用江阴长电科技有限公司提供的生了焦耳热,有时甚至会使焊点产生部分熔化。局CSP焊点样品,样品结构如图1(a)所示。芯片尺部的焦耳热效应会加大焊点中的温度梯度,从而引寸为1mm伊1mm,在其表面上均匀分布着成分[5-7]起热迁移的发生,进而引起焊点寿命的
7、降低。为95郾5Sn3郾8Ag0郾7Cu的4个焊球,焊球直径收稿日期:2013-12-09基金项目:沈阳市科技计划项目(项目编号:F11-264-1-65)作者简介:刘春忠(1968-),男,黑龙江哈尔滨人,教授,主要研究方向:微电子封装及高性能轻合金,E鄄mail:czliu@sau.edu.cn。44沈阳航空航天大学学报摇摇摇摇第31卷320滋m,球间距500滋m,与焊球下的UBM分为3堆积,孔洞的形成位置发生在阴极处,大量的孔洞层,4000魡的Cu,1000魡的Ti和7郾5滋m的缩小了焊点与引线间的互连面积,使得电子的移
