晶圓級尺寸封裝微焊點結構在沖擊剪切載荷下的失效研究.pdf

1、晶圓級芯片尺寸封裝(簡稱WLCSP)是目前最先進也是最重要的封裝形式之一，它具有高密度、體積小、可靠性高，電熱性能優(yōu)良等優(yōu)點。WLCSP器件通過焊球與PCB連接以形成更高級的功能模塊。因此，焊球是WLCSP器件失效的關鍵部位。近年來，在綠色環(huán)保的要求下，焊球材料從原先的Sn-Pb轉向Sn-Ag-Cu等無鉛焊料。由于裝配及使用過程中的機械力、振動，封裝工藝過程中WLCSP焊球金屬層間化合物(IMC)的存在，焊接引起的焊球空洞等原因，常常導

2、致WLCSP焊球破壞，進而使WLCSP封裝器件失效。尤其是焊球采用新的無鉛化工藝后，WLCSP焊球的失效研究尚不充分。因此，研究無鉛焊料所制備的WLCSP封裝器件的失效性能對實際應用具有指導意義。
　　 焊球界面層開裂失效是微電子封裝器件的主要失效模式之一。文中針對微電子封裝器件的界面層失效問題，對兩種無鉛WLCSP封裝結構焊點進行了在不同速率下的焊球剪切實驗測試。研究了剪切速率的變化對焊球剪切失效形式的影響，并觀察分析了焊球斷

3、面的微觀組織結構、斷裂形式。針對IMC層對焊球剪切失效形式的影響，本文重點研究IMC層厚度對焊球剪切強度的影響。利用電子顯微鏡測量IMC層厚度，結合剪切測試數(shù)據(jù)，定性分析了IMC層厚度對焊球連接界面強度的影響。在剪切實驗數(shù)據(jù)的基礎上，采用有限元法對焊球剪切過程進行仿真分析，運用內(nèi)聚力模型法模擬焊球剪切實驗，并利用仿真模型觀察分析在焊球剪切過程中應力應變的分布情況，歸納了三種失效形式的形成機理。通過改變焊球直徑、焊球高度和IMC層部分結構