倒装芯片无铅互连凸点的蠕变行为研究

在高密度面阵列电子封装中广泛使用了锡基合金焊料。由于大电流、高功率等因素的影响，在芯片与基板的互连结构中产生大量的焦耳热，引起互连结构温度的显著上升而产生较大的结构应力。在温度和应力作用下，凸点发生蠕变，同时其组织和成分在一定条件下发生改变，降低了凸点互连结构的可靠性，最终导致互连失效。因此，倒装芯片无铅凸点蠕变成为无铅封装材料亟待解决的可靠性问题之一。本项目以倒装芯片（Flip Chip）互连结构为对象，采用实验研究、模拟分析与计算、材料微观分析等方法，研究电流-热-应力耦合场中倒装芯片无铅互连凸点的蠕变规律、组织结构演变；弄清凸点互连高度及内部组织层厚度对蠕变的影响机理；建立多场耦合下的应力场、温度场数学模型，进而建立倒装芯片凸点蠕变模型，揭示其蠕变机制；为设计和评价倒装芯片凸点的抗蠕变可靠性提供理论依据。本项目研究成果对揭示微小凸点的蠕变行为有重要意义，具有较高的学术研究价值。

随着面阵列无铅焊点尺寸及间距越来越小，与电流、温度、内应力等耦合，给无铅凸点可靠性带来严酷的挑战。本项目以倒装芯片（Flip Chip）以及球栅阵列(BGA)互连焊点为对象，研究电流、热、应力耦合场中无铅互连焊点的蠕变规律与组织结构演变。研究表明，面阵列封装在绝热蠕变条件下的蠕变机制(7～14MPa，60~120ºC)主要是位错攀移机制；但在加入大电流，达到电迁移门槛值(电流密度>104 A/cm2)的条件下，电流减缓了倒装芯片凸点的蠕变过程，凸点其断裂主要是受到IMC界面上形态控制，反映了与绝热蠕变样品的巨大差异。本项目研究成果对揭示电、热、力条件下微小凸点的蠕变行为有重要科学意义和工程价值。