CuCGA互連焊點(diǎn)電流承載能力的研究.pdf

1、提高面陣列封裝器件的可靠性，無論是對于目前高密度的器件封裝，還是對于未來力學(xué)、電學(xué)和熱力學(xué)負(fù)荷逐漸增大的高頻率、高功率、高I/O的大芯片封裝，以及高可靠性要求的航空航天、汽車、軍用電子產(chǎn)品和長服役壽命要求的電信裝備而言，都是十分重要的。面陣列封裝主要分為球柵陣列BGA（Ball Grid Array)和柱柵陣列CGA(Column Grid Array)。同時(shí)隨著無鉛化的發(fā)展，CuCGA（Cooper Column Grid Array

2、)逐步取代CCGA（Ceramic Column Grid Array)。CuCGA對于BGA封裝來說可以更大程度的提高封裝密度、更好的力學(xué)可靠性、更好的散熱。但是隨之而來的問題是由于尺寸快速減小，電流密度的集中程度越來越高而導(dǎo)致的電遷移和熱遷移產(chǎn)生了。所以研究CuCGA互連中的電流承載能力不可或缺。為提高CuCGA微互連焊點(diǎn)接頭的力學(xué)可靠性，對其做了優(yōu)化的柔性設(shè)計(jì)。為了完善其可靠性研究內(nèi)容，本文從提高電遷移抗性和熱遷移抗性的角度對優(yōu)化

3、后的CuCGA互連焊點(diǎn)進(jìn)行了研究，主要通過研究不同銅柱尺寸、不同釬焊圓角角度和不同布線尺寸的焊點(diǎn)中的電流密度和溫度分布，確定尺寸因素對焊點(diǎn)中電流密度和溫度分布的影響,進(jìn)而提高CuCGA焊點(diǎn)的電流承載能力。
　　通過有限元軟件MSC.MARC模擬了BGA焊點(diǎn)、傳統(tǒng)CuCGA焊點(diǎn)和進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的CuCGA焊點(diǎn)在通電情況下的溫度分布和電流密度分布，BGA焊點(diǎn)中電流密度與溫度的分布趨勢一致，電流密度的峰值點(diǎn)與溫度峰值點(diǎn)出現(xiàn)在同一個(gè)位置；

4、而CuCGA焊點(diǎn)中的電流密度與溫度分布則不一致，電流密度峰值點(diǎn)出現(xiàn)在釬焊圓角與布線的連接處，溫度峰值則出現(xiàn)在銅柱中。隨著銅柱的D2/l減小，傳統(tǒng)和優(yōu)化CuCGA釬焊圓角電流密度峰值有所上升，而溫度峰值未呈現(xiàn)明顯規(guī)律性變化；隨著釬焊圓角α減小，傳統(tǒng)和優(yōu)化后的CuCGA焊點(diǎn)中釬焊圓角中的溫度峰值基本上保持不變，而釬焊圓角處的電流密度峰值則隨釬焊圓角角度α的減小而減小；隨著布線寬度B減小，釬焊圓角中溫度與電流密度峰值均升高；相同焊點(diǎn)尺寸參數(shù)下

5、，優(yōu)化后的CuCGA焊點(diǎn)中的電流密度和溫度峰值較傳統(tǒng)的CuCGA中均有所下降。
　　另外本文還通過BGA焊點(diǎn)與CuCGA焊點(diǎn)的電遷移試驗(yàn)判定了相同焊盤尺寸下二者抗電遷移與熱遷移的能力。在相同的服役條件下，CuCGA焊點(diǎn)的界面IMC厚度變化與BGA焊點(diǎn)的界面IMC均呈現(xiàn)極性效應(yīng)，而且大致滿足拋物線規(guī)律；CuCGA的陽極界面IMC生成速度要大于BGA陽極的界面IMC生成速度，CuCGA的陰極界面IMC溶解速度也大于BGA陰極的界面IM