倒装焊工艺及常见失效模式

引线键合作为传统方式，目前能承载引线数量极限约为600~800根，并且可靠性不高，容易出现问题。以重点型号使用的某国产器件为例，最初采用引线键合工艺，大约700根金丝，试验中发生搭丝短路现象。因此迫切需要倒装焊等工艺来满足型号的应用需求。但是当前国内倒装焊由于缺乏有效的生产过程考核检验，在我国高可靠应用领域尚属禁限用工艺。
倒装焊是一种芯片封装技术，将芯片有源面朝下，分布着互连微凸点阵列，并与芯片底座或基板互连。
从结构和材料角度，通常分为三类：气密性倒装焊器件、陶瓷非气密性器件和塑封倒装焊器件。
倒装焊器件生产关键工艺主要指UBM制作、植球、芯片放置、互连反应、清洗和底部填充，这些特殊工艺决定了倒装焊器件失效机理的特殊性。
因此只有掌握失效模式和机理才能采取相应保证措施，从而尽可能避免失效的发生。常见的失效模式主要有热膨胀系数不匹配导致失效、底部填充胶分层开裂失效、机械应力导致的芯片损伤失效、电迁移失效、腐蚀失效等。
1、热膨胀系数不匹配导致失效
由于各材料的热膨胀系数不一样，当温度变化时，相连材料会产生不同的应变量，出现尺寸偏差，并且在芯片和基板之间产生相反方向的力，并且由于接合形成剪切力，器件的连接部位会产生周期性塑性应力应变，出现裂纹而发生失效。倒装焊器件极低的凸点高度（25μm～100μm）加重了这一问题。
2、底部填充胶分层开裂失效 底部填充料会由于真空、辐照等外部环境或内部应力，产生分层和空洞，通常在塑性基板上产生较多。
3、机械应力导致的芯片损伤失效
在温度循环或热冲击时，基板收缩比较严重，将使芯片受到向内的应力，致使芯片和基板弯曲，导致芯片表面的中心或靠下角处开裂，从而导致电路失效。
4、电迁移失效 当器件长时间工作在大电流的情况下，互连部位表面可能会产生晶须，可能与其它内部导线连接，产生短路失效。
5、腐蚀失效 对于未填充的电路，焊点直接与空气接触，空气中的水分等物质造成焊点的腐蚀；对于填充的电路，由于填充物质非气密，同样会对连接部位造成腐蚀。腐蚀会造成连接处部分缺失甚至断开，从而导致器件失效。
以上失效模式与焊料凸点、基板材料、有无填充胶、填充胶材料等相关，并且与工艺控制也有关系，所以要从材料的选择和工艺的控制角度把好关，提升器件可靠性。来源：航天元器件

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