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倒装芯片封装电迁移失效仿真研究

固体电子学研究与进展 2021年第5期41卷 399-404页

作者：孟媛蔡志匡徐彬彬王子轩孙海燕郭宇锋南京邮电大学射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室电子与光学工程学院、微电子学院南京210003 南京邮电大学南通研究院有限公司江苏南通226002 南通大学专用集成电路设计重点实验室江苏南通226019

随着电子封装发展趋于微型化,由倒装芯片封装的电迁移失效而引起的可靠性问题日益严重。运用ANSYS软件建立了倒装芯片三维封装模型,仿真计算得到电-热-力多物理场耦合下互连结构的温度分布、电流密度分布、焦耳热分布和应力分布,深入研... 详细信息

随着电子封装发展趋于微型化,由倒装芯片封装的电迁移失效而引起的可靠性问题日益严重。运用ANSYS软件建立了倒装芯片三维封装模型,仿真计算得到电-热-力多物理场耦合下互连结构的温度分布、电流密度分布、焦耳热分布和应力分布,深入研究了焊球材料和铜布线结构及铜布线尺寸对电迁移失效的影响,结果表明优化后的电流密度缩小了4倍,电迁移失效寿命提高了8.4倍。

关键词：倒装芯片封装可靠性电流密度电迁移

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倒装芯片封装技术的凸点、压焊及下填充

半导体技术 2004年第4期29卷 35-37页

作者：杨建生天水华天微电子有限公司技术部甘肃天水741000

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。

关键词：倒装芯片封装凸点压焊下填充

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倒装芯片封装和三维封装硅通孔可靠性研究

倒装芯片封装和三维封装硅通孔可靠性研究

作者：高翔华中科技大学

学位级别：硕士

电子产品封装的可靠性决定着整个电子产品的可靠性，而且随着电子产品向着高I/O数、高密度的方向迅猛发展，对封装可靠性提出的要求更高，本文以电子封装的可靠性作为主要研究对象，研究了倒装芯片封装可靠性以及实现三维互连的关键技... 详细信息

电子产品封装的可靠性决定着整个电子产品的可靠性，而且随着电子产品向着高I/O数、高密度的方向迅猛发展，对封装可靠性提出的要求更高，本文以电子封装的可靠性作为主要研究对象，研究了倒装芯片封装可靠性以及实现三维互连的关键技术——硅通孔（through silicon via, TSV）热机械可靠性设计。倒装芯片封装因其优异的高频性能和近乎理想的封装密度，获得了越来越多的关注，而且极有可能成为未来主流的封装模式之一。硅通孔是目前为止实现三维互连的最关键技术之一，其可靠性直接影响着整个三维封装产品的可靠性，对其结构参数进行优化设计可以为工艺加工提出指导，提高机械可靠性。本文基于有限元分析技术，主要研究内容如下：（1）分别研究了芯片与底充胶间沿水平和竖直两个方向的界面裂纹扩展行为，发现水平方向较竖直方向更易产生裂纹，而且当水平方向裂纹扩展一段距离之后，竖直方向的界面裂纹才可能开始萌生;对于芯片与底充胶间沿水平方向扩展的裂纹，研究了促使其扩展的驱动应力形式，分析表明，在裂纹萌生以及扩展较短距离阶段，剪切型应力起着主要的作用，但是当裂纹扩展较长一段距离后，张开型应力起着主要的作用。（2）分别研究了底充胶填充工艺所造成的缺陷以及芯片和底充胶间沿水平方向的界面裂纹对焊点寿命的影响，并对它们做了比较，研究结果表明，沿水平方向的界面裂纹对焊点寿命的影响更大，且一旦发生失稳扩展更容易造成整个封装结构的失效，对封装可靠性的影响更大。（3）研究了倒装芯片封装焊点的寿命预测，这包括无铅焊料本构模型的选择以及寿命预测模型的比较。结果表明，基于断裂参量和塑性应变的模型预测的寿命误差最大，基于蠕变的模型预测结果与实验结果最为接近，因此，蠕变是倒装芯片封装结构工作时的主要变形机制;而且，工作时焊点蠕变变形主要处在第二阶段，双曲正弦规律能较好拟合Sn-Ag-Cu焊料的蠕变变形机制。（4）对硅通孔三维芯片堆叠封装结构进行了热机械可靠性设计，提出了一种新型的硅通孔结构并与传统硅通孔结构的热机械可靠性做了比较。使用了正交设计实验和有限元仿真分析计算相结合的方法，研究了通孔间距、SiO2层、铜柱直径、芯片厚度、焊球直径和高分子保护胶的弹性模量等参数对TSV相关可靠性的影响，发现铜柱的直径和高分子保护胶的弹性模量对TSV可靠性的影响最大，且随着铜柱直径和保护胶弹性模量的增大，可靠性降低;新型硅通孔结构较之于传统硅通孔结构，其热机械可靠性明显提高。

关键词：可靠性倒装芯片封装界面裂纹有限元焊点的寿命预测 TSV 结构参数的优化

多场耦合下倒装芯片封装焊点电迁移可靠性研究

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多场耦合下倒装芯片封装焊点电迁移可靠性研究

作者：杨龙龙南通大学

学位级别：硕士

随着微电子技术的发展,集成电路封装技术逐步朝着低成本、微型化、高性能的趋势发展。倒装芯片封装由于其高的输入/输出端口(I/O)密度、高的生产率、互连过程中的自对准、好的散热性、高的生产率等优点,成为现代电子封装中最具吸引力的... 详细信息

随着微电子技术的发展,集成电路封装技术逐步朝着低成本、微型化、高性能的趋势发展。倒装芯片封装由于其高的输入/输出端口(I/O)密度、高的生产率、互连过程中的自对准、好的散热性、高的生产率等优点,成为现代电子封装中最具吸引力的技术之一。但是随着倒装芯片焊料凸点尺寸的减小,以及单个焊料凸点承受的电流强度的增加,焊料凸点中产生了电迁移现象,这将导致焊料凸点阴极断路,阳极短路,严重影响倒装芯片封装的可靠性。本文针对倒装芯片焊料凸点中电迁移问题进行研究。实际工作情况下,倒装芯片封装会承受热、电、力三个场的共同作用,因此采用有限元分析的方法对倒装芯片封装进行电-热-结构耦合分析。通过使用有限元软件ANSYS建立倒装芯片封装三维模型,并进行仿真,获取倒装芯片封装整体的温度分布、应力分布以及翘曲变形,讨论了封装体温度分布情况。由于倒装芯片封装的焊点层最容易失效,因此着重分析了焊点层和基板的温度,同时分析了应力应变分布情况,以及封装体整体应力应变。倒装芯片封装中,焊料凸点同时作为机械连接和电气连接,其可靠性对封装整体的可靠性有很大的影响。电迁移是影响焊料凸点可靠性的因素之一,为研究焊料凸点中的电迁移机制,利用有限元分析获得了倒装芯片封装互连结构焊料凸点中的温度分布、电流密度分布、温度梯度分布、焦耳热分布、应力应变分布情况,结果显示这些物理量在焊料凸点中分布不均匀,且在电流进入铝(Al)线的入口处,出现电流聚集现象,在出现电流聚集的地方温度最高,产生了热点。通过公式运算,解释了焊料凸点中热点出现的原因。分析结果表明,焊料凸点中热点出现的地方与最大应力出现的地方存在一定的偏差。研究不同电流强度下,焊料凸点中最大温度、最大电流密度、最大温度梯度以及最大焦耳热的变化情况。分析了Al线尺寸对电迁移机制的影响,并结合凸点下金属层(UBM)厚度,探究了Al线厚度与UBM厚度对电迁移机制影响力的大小。讨论了钝化层开口尺寸对电迁移机制的影响,并定义电流密度聚集度以衡量焊料凸点中电流密度的均匀程度。研究倒装芯片封装互连结构尺寸缩小对电迁移机制的影响,并利用中值失效时间公式估算随着互连结构尺寸缩小,焊料凸点失效时间的变化情况。

关键词：倒装芯片封装电迁移焊料凸点电流聚集可靠性

倒装芯片封装逆势增长 12英寸凸块设备为重点市场

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电子测试（新电子） 2004年第10期 21-24页

作者：杨雅岚

受到半导体景气衰退影响,全球封装厂产能利用率自2000年的高点一路下滑,许多IDM厂开始停止后段封测产能的扩充,然而由于产品的设计仍持续向高效能方向演进,因此对于高端封装技术的需求持续提升。为应对IDM发出的高端封装订单,专业封装... 详细信息

受到半导体景气衰退影响,全球封装厂产能利用率自2000年的高点一路下滑,许多IDM厂开始停止后段封测产能的扩充,然而由于产品的设计仍持续向高效能方向演进,因此对于高端封装技术的需求持续提升。为应对IDM发出的高端封装订单,专业封装厂在倒装芯片、堆栈与系统化封装上大举加码,整体产能利用率也维持在9成的高水平。

关键词： IDM 产能利用率市场停止订单衰退产品倒装芯片封装高端半导体

电-热-结构耦合下倒装芯片封装的电迁移失效研究

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电-热-结构耦合下倒装芯片封装的电迁移失效研究

作者：孟媛南京邮电大学

学位级别：硕士

随着集成电路(Integrated Circuit,IC)技术的快速发展,为了满足封装要求,倒装芯片(Flip Chip,FC)尺寸变得越来越小,导致封装体中通过的电流强度不断增大,使得集成电路封装中极易发生电迁移现象。电迁移现象一般在微型倒装芯片封装互连... 详细信息

随着集成电路(Integrated Circuit,IC)技术的快速发展,为了满足封装要求,倒装芯片(Flip Chip,FC)尺寸变得越来越小,导致封装体中通过的电流强度不断增大,使得集成电路封装中极易发生电迁移现象。电迁移现象一般在微型倒装芯片封装互连结构中产生,通常在阴极形成空洞,空洞会导致封装体中产生裂纹并破坏电路的完整性,电子产品的可靠性也随之下降。封装技术微型化对倒装芯片封装的可靠性产生了严重的影响,因此,针对倒装芯片封装的电迁移失效研究和仿真优化具有重大意义。本文针对倒装芯片封装的可靠性问题,根据电迁移失效机制的研究方法,提出一种电迁移可靠性优化技术,该技术基于倒装芯片封装的电-热-结构耦合过程,结合电迁移影响因素:电阻率、电迁移电阻以及电流密度。仿真判断依据是电流密度超过1×10A/cm时倒装芯片封装的可靠性将受到影响。首先对倒装芯片封装中铜布线的走线方式和小焊球的排列方式进行优化,发现铜布线全连方式的电流密度最小,对电迁移改善最明显。其次采用铜合金法对倒装芯片封装中小焊球的材料进行研究,铜材料中加入锡杂质,小焊球材料分别选择CuSn和CuSn时,仿真结果表明CuSn对电迁移失效的改善更明显。接下来分析铜布线的长度、厚度以及宽度对电迁移失效机制的影响,发现增加铜布线的厚度和宽度、减小铜布线的长度能降低电流密度进而改善电迁移,但是铜布线的尺寸需要符合实际封装要求。最后在进行模拟仿真时,通过采用不同的弹性或塑性材料分析对有限元(FEM,Finite Element Method)ANSYS仿真的最终力学性能造成的影响,在仿真中引入粘塑性Anand本构模型进行仿真分析,发现采用该模型对倒装芯片封装电迁移失效的应力-应变研究有着很大的帮助。本文最后引入空洞的产生和生长对平均失效时间公式进行优化,采用了简化后的布莱克方程计算电迁移失效寿命,通过平均失效时间的大小判断电迁移是否得到改善。把初始模型和改进后模型的有限元仿真结果分别带入布莱克方程,根据计算结果发现优化小焊球材料后电迁移寿命提高了1.2倍,优化铜布线连接方式后电迁移寿命提高了1.5倍,优化铜布线宽度后电迁移寿命提高了3倍、优化铜布线厚度后电迁移寿命提高了7.5倍、优化小铜布线长度后电迁移寿命提高了8.4倍。由于工作温度对电迁移失效也有很大的影响,对高温下的电迁移寿命进行计算可知,当环境温度升高时电迁移寿命急剧下降。

关键词：倒装芯片封装电迁移可靠性有限元 Anand模型失效寿命

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倒装芯片封装极具竞争力

集成电路应用 2009年第6期26卷 20-23页

作者： Sally Cole Johnson Contributing Editor

随着倒装芯片封装在成本和性能上的不断改进,加上键合金线价格的不断攀升,从手机到游戏机芯片的各种应用领域里,倒装芯片技术都变得更具竞争力。

关键词：倒装芯片封装竞争力倒装芯片技术合金线游戏机手机

采用01005倒装芯片封装的单向ESD保护器件

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今日电子 2017年第4期 65-66页

该新系列三款单向TVS二极管阵列产品均采用01005（0．230mm×0．430mm）倒装芯片封装。单向保护性能通常优于双向保护，特别是在正常工作通常不传输零伏电压的逻辑和数据线应用上。

关键词： ESD保护器件倒装芯片封装单向二极管阵列保护性能 TVS 数据线传输

道康宁推出新型上盖密封粘着剂支持快速成长的倒装芯片封装应用

维普期刊数据库评论

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半导体技术 2005年第5期30卷 80-80页

全球材料、应用技术及服务的供应商一美国道康宁公司日前宣布推出DOW CORNING EA-6700微电子粘着剂，这种新型上盖密封材料(lid-seal materiall具备独特的化学成份，最适合新一代倒装芯片(flip．chip)封装。EA-6700是道康宁不断大扩大... 详细信息

全球材料、应用技术及服务的供应商一美国道康宁公司日前宣布推出DOW CORNING EA-6700微电子粘着剂，这种新型上盖密封材料(lid-seal materiall具备独特的化学成份，最适合新一代倒装芯片(flip．chip)封装。EA-6700是道康宁不断大扩大的封装材料产品系列中最新推出的粘着剂。

关键词：倒装芯片封装粘着剂推出上盖美国道康宁公司速成应用技术密封材料化学成份产品系列封装材料 DOW 供应商微电子