再布线圆片级封装可靠性研究

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集成电路封装是半导体产业后端的重要环节。近几十年来,半导体产业依靠前端工艺技术的飞速发展取得了辉煌的成果,但集成电路封装已经成为了制约电子产品发展的关键性因素。圆片级封装(Wafer Level Package)技术能够以整块硅圆片为加工对象,同时对圆片上的所有芯片进行封装、老化、测试等工序,并最后切割成单个器件,使生产成本大幅下降,具有尺寸小、散热性能好、封测成本低等优点。WLP中的再布线结构可以通过改变焊盘布局等方式提升I/O密度;在再布线层中也可以集成无源器件,使得器件的集成度进一步上升。本文对再布线结构对WLP器件可靠性的影响进行了研究,所得结果对WLP器件的结构设计和可靠性改善提供了参考。按照JEDEC标准对不同节距及球径的再布线WLP器件进行了温度循环可靠性实验,实验结果表明,随样品节距/焊球直径减小,器件的可靠性降低;相同节距时,焊球直径越小可靠性越低。通过失效分析发现了三种典型的失效模式。单侧(芯片侧或PCB侧)焊球断裂为最主要的失效模式;焊球直径较大的器件,会发生RDL与UBM脱离的失效;当焊球直径较小时,失效与再布线结构无关,会发生斜线型断裂。有限元模拟结果显示应力集中点与失效发生位置一致,且硅片内部存在应力集中区域,会使芯片中产生裂纹甚至造成断裂。作为对比,一种不含RDL结构的铜柱结构WLP样品的温度循环可靠性明显低于对应尺寸的再布线WLP样品,失效分析结果表明实验使用的铜柱结构对可靠性影响较大。对小节距WLP器件进行了振动可靠性的研究,结合初步实验结果,设计了一种可行的测试方法。
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