一、介绍

    同其他封装形式相比，倒装焊技术在电子制造业领域应用更为广泛，这是因为它在尺寸、性能、机动性、可靠性和成本等方面的优势，这是一种更加先进的封装技术。在倒装焊技术中，带焊点的芯片可以直接焊接到低值有机基板上，如FR-4印刷线路板，然后采用填充物进行密封，与塑封器件类似，填充料密封可以显著地减少芯片和基板热膨胀系数(CTE)不匹配而产生剪切应力，从而大大提高焊点的疲劳寿命。尽管如此，在密封填充物、芯片和基板间的界面仍然是主要影响可靠性的问题所在，如芯片裂纹、填充物裂纹和分层等等。裂纹在金属间化合物(IMC)中很容易延伸并扩张，金属间化合物通常是在焊点与底层金属化层(UBM)之间，所以，裂纹和分层影响到焊点疲劳寿命的提高。图I所示是倒装焊技术领域中几种常见的潜在失效模式。

    二、试验设计

    对倒装焊技术而言，如何评价密封填充物与芯片或基板间的焊点可靠性、分层等，一直是无法回避的问题。传统地，针对塑封器件采用热循环试验作为单步试验，以评价热膨胀系数(CTE)失配产生的热一机械应力问题，通常该项试验要作1000 次循环以上，极为耗时。另外，为筛选和评估制造工艺与材料系列的相容性，经常采用8S℃/85%RH 双85试验，或类似的侵蚀退化试验进行评估。在塑封器件早期，1000 小时双85试验并不难通过，大多数商业市场也可以接受1000 小时。但是，现在对塑封器件的常规要求是超过10000小时无失效，这是一个漫长的试验时间。为了缩短产品开发上市时间，需要设计更加严酷的环境试验，以缩短试验和评估时间，降低产品成本。其中，典型的试验是利用HAST试验箱做高加速应力试验(HAST):试验温度121C, 100%RH, 2个大气压，根据需要可加或不加偏压，试验时间为2- 168小时，HAST可以看成是双85试验的升级。HAST在压力容器中，通过维持湿度和温度控制，为加速试验引入了新的激活能。

    在本文中，HAST作为一个加速环境试验，用于快速评估倒装焊接在FR-4 基板上面阵分布焊点的可靠性。该试验主要是通过加速侵蚀过程，从而大大缩短了可靠性评估时间。本次试验样品在经过本文设计的HAST试验后(见表1), 进行了相关的可靠性分析和失效分析。试验结果说明HAST能够作为一个有效的可靠性试验评价工具用于倒装焊技术领域。

    三、试验流程及结果

    设计成雏菊链状试验电路的芯片(5。0x5。0mm)组装到FR4基板上，该芯片采用电镀基焊点{。艺沉积共晶焊点(63Sn/37Pb),在芯片表面溅射阻挡层Ti-W(1000A)和Cu(4000A), 焊点的平均高度为100μm， 焊点间距为450um，焊点面阵分布数量为I0x10(如图 2所示)。密封填充物绕芯片边沿90℃ 注入，然后固化。

    所有试验样品都要进行电性能测试和扫描声学显微镜(SAM)检查，以进行HAST试验前后的比较。试验样品的制造过程和检测流程见表2所示。

    没有预处理的样品在分别完成24小时、48小时的HAST试验后，很快就出现了明显得空洞，如图3所示。这些空洞反映了密封填充物的分层，当空洞的尺寸变得越来越大，就会严重影响焊点的可靠性，如焊点发生退化，其导通电阻增加。如图4所示，在分别经过24小时、48小时的HAST试验后，焊点导通电阻的变化率都有增加。

    四、结论

    对倒装焊技术而言，密封填充物和芯片或基板间的分层和焊点可靠性一直是一个特别重要的课题。对塑封型器件的可靠性评价，多年来-直将双85试验作为标准评价试验工具。本文提出采用加速环境试验如HAST,对倒装焊接在FR4基板上面阵分布的焊点进行可靠性评价，试验结果表明可以代替双85试验，将是用于倒装焊技术领域的-一个有效的可靠性试验工具。

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