电场下CSP焊球失效行为深度解析：三个阶段与影响因素

本文档深入探讨了"电场作用下CSP（Chip Scale Package，芯片级封装）的失效行为"，发表于2014年，由刘春忠教授等人进行研究。CSP焊球主要使用95.5Sn3.8Ag0.7Cu材料，研究关注的是这种焊球在电场作用下的电迁移过程及其导致的焊点失效现象。 电迁移是金属材料在电场作用下发生的微观迁移，对电子封装技术具有重要影响。研究发现，CSP焊点的电迁移过程被划分为三个关键阶段：第一阶段是微孔洞的孕育和形成，这是电迁移的初期，细微的缺陷开始出现；第二阶段是孔洞的聚集，随着电场强度的持续，这些微小孔洞逐渐增大并相互连接；第三阶段是快速失效阶段，此时孔洞迅速扩大，导致电路性能严重下降甚至完全失效。 实验结果显示，环境温度的上升会加速Cu6Sn5的增长速度，这种金属间化合物在UBM（Under-Bump Metallization，底部金属层）和Cu6Sn5界面的形成过程中扮演重要角色。同时，PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）侧的Cu焊盘在电子风（Electrolytic Migration Current，电迁移电流）的作用下会发生溶解，进一步削弱焊点的稳定性。 焊点失效的主要模式包括焊盘溶解、焊球与PCB界面的裂纹扩展断裂以及焊球本身的熔化。这些失效机制对电子设备的可靠性和寿命产生了显著影响，因此，对于CSP的设计和制造过程来说，理解并控制电迁移至关重要。 该研究不仅提供了关于CSP电迁移行为的深入见解，还为优化CSP设计，提高其抗电迁移能力，延长使用寿命提供了科学依据。此外，论文还强调了在实际应用中考虑电场环境对CSP性能的影响，以及采取相应的预防措施的重要性。 这篇论文的研究成果对于微电子封装技术的发展和可靠性评估有着重要的学术价值，对于从事电子封装、半导体制造以及材料科学领域的工程师和技术人员具有参考意义。