电流聚集下倒装芯片封装体应力及翘曲研究

佘陈慧，杨龙龙，谈利鹏，刘培生，2*

（1.南通大学 信息科学技术学院，江苏 南通 226019；2.南通大学杏林学院，江苏 南通 226236）

为满足电路集成化、微型化以及日益增加的输入、输出端口的需求，倒装芯片互连技术应运而生[1-3]，且因其高可靠和高密度性在微电子封装领域得到了广泛的应用[4-5]。由于封装体内部温度分布不均、材料间热膨胀系数不匹配等因素，导致封装体内部产生应力，继而产生翘曲变形[6-7]。对于倒装芯片封装而言，焊料凸点是整个封装体中最脆弱的地方，电子元件的小型化、微型化促使焊料尺寸越来越小，大量的热量无法及时散发，电流聚集、温度聚集的现象严重[8-9]，封装体内部温度分布不均匀[10]，焊料焊点层发生翘曲变形[11-12]。Liu 等[13]研究了在电流密度为1 × 104A·cm-2、温度为120 °C 的情形下实际μBGA 焊点的退化行为，结果发现在狭窄的芯片上金属走线处出现了严重的电流拥挤和开路故障，焊料凸点在电迁移和热应力作用下溶解；Kanapady 等[14]发现具有较高温度梯度的焊料平均温度的故障时间可能比具有较低温度梯度的较高焊料温度的故障时间更短；Kim 等[15]研究了电流密度对倒装芯片Cu/Ni/Sn-Ag/Cu 焊料凸块电迁移（EM）失效机理的影响，确定倒装芯片Sn-Ag 焊料的EM 失效机理不仅很大程度上取决于Ni 势垒效应，而且还取决于电流密度；Liu 等[16]建立了FC 封装系统的3D 有限元模型，通过热-电-机械耦合方法分析了倒装芯片中的焦耳热和热膨胀。当前研究主要集中于实验研究，很少对具体倒装芯片封装的整体及局部进行分析。……