原创 第三章 在印刷电路板/衬底上用无铅焊料实现圆片级芯片尺寸封装WLCSP

第三章 在印刷电路板/衬底上用无铅焊料实现圆片级芯片尺寸封装WLCSP

1、简介：由于无铅焊料连接的屈服度比较小，而硅芯片与环氧PCB板/衬底间热膨胀失配系数又比较大，这里我们将集中探讨在有机印刷电路板PCB上各种硅片级芯片尺寸封装WLCSP焊料连接可靠性的问题。在芯片上的焊料，在它没有连接到衬底之前，都称为焊球solder bumps，而当焊球被连接到衬底上，经过回流等步骤后，就被为称为焊料连接solder joints；

2、应用应力缓释层实现锡银铜圆片级芯片尺寸封装时焊料连接的可靠性：
a.有限元分析结果；
b.热循环分析结果；
c.应力缓释层对电容的影响；

3、应用TiCu和NiAu凸点下金属化层实现SnAg、SnAgCu的WLCSP封装时焊料连接的可靠性：
a.等温条件下疲劳试验结果；
b.热循环疲劳试验结果
c.以上结果均在无填充物和应力缓释层的情况下，而实际应用中都存在两者之一或都存在，从而确保了WLCSP焊料连接的可靠性；

4、应用铝镍钒铜UBM实现WLCSP封装时锡银、锡银铜、锡银铜锑、锡银铟铜等焊料连接的可靠性：
a.在陶瓷衬底实现锡银、锡银铜、锡银铜锑、锡银铟铜WLCSP封装的热疲劳试验结果；结果表明在陶瓷衬底上使用SnAgCu无铅焊料的WLCSP封装在众多可选择的焊料中具有最好的热疲劳寿命；
b.在印刷电路板上实现SnAgCu的WLCSP封装的热疲劳试验结果；对于SnAgCu焊料而言，断裂平面穿过靠近UBM界面的焊球，与Sn37Pb焊料的情况非常类似；
c.在印刷电路板上实现SnAgCu的WLCSP封装的高温储存；对于SnPb和SnAgCu焊接而言，为填充芯片封装的剪切平面都是穿越在金属互化层上面的焊料；
d.在印刷电路板上SnAgCu的WLCSP封装的剪切力；对在UBM界面Cu6Sn5金属互化物的扫描电子显微（SEM）照片，可以看出：
■切面模式为延展型的，在10次回流中没有发现NiSn反应物；
■在SnAgCu时，Cu6Sn5金属互化物多呈圆柱形；
■虽然在SnPb焊料连接中，在较早的回流循环中，就已经检测到了Cu6Sn5的金属互化物，但在SnAgCu焊料连接中，没有Cu6Sn5出现。