作者：劉少紅，譚淇

單位：中國電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所

摘 要：在微電子產(chǎn)品的研發(fā)過程中，由于技術(shù)要求變更或故障維修等需求，需要對已焊接完成的電路板進(jìn)行芯片的返修操作，而返修過程所涉及的高溫時效和多次回流必然會對芯片本身及元器件造成損壞，因此需要通過相關(guān)過程可靠性研究指導(dǎo)具體的返修技術(shù)。通過分析國內(nèi)外研究者對于芯片返修可靠性的研究，發(fā)現(xiàn)高溫時效與多次回流均會使得焊點界面化合物形貌及微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，但回流次數(shù)對焊點力學(xué)性能影響較小。另外，合適的鍍層、焊盤或焊球尺寸都能夠改善高溫時效及多次回流產(chǎn)生的負(fù)面影響。

關(guān)鍵詞：芯片返修；可靠性；高溫時效；多次回流焊

引   言

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，微電子技術(shù)已經(jīng)成為改變?nèi)藗兩a(chǎn)和生活面貌的先導(dǎo)技術(shù)，當(dāng)前微電子技術(shù)已發(fā)展進(jìn)入微系統(tǒng)時代，芯片上的電子元器件密度已達(dá)到人腦中神經(jīng)元的密度水平。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，為了滿足高性能、高可靠、小尺寸的要求，電子元器件產(chǎn)品的微型化制造技術(shù)得到了迅速發(fā)展。而在微電子產(chǎn)品的研發(fā)過程中，由于技術(shù)要求變更或故障維修等需求，需要對已焊接完成的電路板進(jìn)行芯片的返修操作。

具體的芯片返修過程主要為先將元器件放入靜電托盤中，再將元器件和托盤一起放入烘箱烘烤，待元器件完成去潮后將其取出自然冷卻，之后通過回流焊將芯片拆卸下來；另外，需要先利用扁平頭烙鐵和吸錫編帶清洗焊盤，再用清洗劑進(jìn)行清洗，之后再重新涂敷焊膏、貼裝芯片并將其回流焊接至元器件上；最后，我們需要通過外觀檢查和功能測試來評估焊接質(zhì)量。影響芯片返修可靠性的因素較多，包括貼裝精度、物料狀態(tài)（焊球質(zhì)量等）、凸點下金屬化層（UBM）材料及結(jié)構(gòu)、回流焊工藝參數(shù)等。其中高溫時效與多次回流作為重要的可靠性條件，對焊點組織及性能有重要影響。

在返修過程中，烘烤去潮、拆卸芯片以及多次的回流焊接均涉及到加熱操作，即在返修過程中焊點不可避免地要經(jīng)受高溫時效及多次回流焊接，這對于焊點的組織及性能必然會產(chǎn)生一定影響。因此，我們需要通過對芯片返修過程中的加熱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，研究該過程中焊點界面處金屬間化合物（IMC）的演變以及焊點性能的變化，了解電路板在返修過程中的性能變化，提高芯片返修后的可靠性。本文主要通過對國內(nèi)外芯片返修可靠性研究的綜述分析，探究了高溫時效與多次回流對于焊點界面IMC形貌及微結(jié)構(gòu)和焊點力學(xué)性能的影響，同時研究了如何改善高溫時效及多次回流產(chǎn)生的負(fù)面影響，對返修技術(shù)提供指導(dǎo)。

界面IMC的生長機(jī)制

無論是高溫時效還是多次回流焊接對于芯片返修可靠性的影響歸根結(jié)底都要歸因于界面IMC的變化，因此首先要對界面IMC的生長機(jī)制進(jìn)行分析。SnAgCu/Cu界面IMC的形成可以分為兩個階段，[敏感詞]階段是釬焊過程中Cu基板和液態(tài)釬料之間發(fā)生冶金反應(yīng)形成的IMC，該階段形成的界面IMC是形成釬焊焊點的前提條件，對焊點的可靠性也有影響。由于Cu的熔點（1084 ℃）遠(yuǎn)高于釬料合金Sn3.0Ag0.5Cu的熔點（217 ℃），因此釬焊過程中Cu元素在液態(tài)SnAgCu合金中受溶解機(jī)制控制。一種觀點認(rèn)為，釬焊過程中固態(tài)金屬Cu在液態(tài)SAC系釬料中的溶解經(jīng)過兩個過程：首先是固體Cu晶格內(nèi)原有的原子結(jié)合鍵在外界提供的驅(qū)動力作用下被破壞，使Cu原子進(jìn)入液相；隨后，進(jìn)入液相的Cu原子再由邊界向基體內(nèi)部擴(kuò)散，進(jìn)而形成IMC。第二種觀點認(rèn)為，釬焊過程中，當(dāng)液態(tài)SAC系釬料合金與固態(tài)Cu基板接觸時，其組元便會向Cu基板表面擴(kuò)散，在距離表面厚度約10^-7 mm范圍內(nèi)達(dá)到飽和濃度，此后再由固體表面層向液相中溶解，進(jìn)而形成界面IMC。第三種觀點認(rèn)為，在釬焊過程中，當(dāng)液態(tài)釬料與銅接觸時，濃度差會導(dǎo)致極大的驅(qū)動力，使銅迅速在釬料中溶解并在近界面處達(dá)到亞穩(wěn)定的過飽和狀態(tài)，由于巨大的化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動力導(dǎo)致Cu與Sn迅速發(fā)生反應(yīng)生成IMC，在不到1 s的時間內(nèi)焊盤上就可以鋪滿IMC。而第二階段是在焊后服役過程中，外界提供的各元素擴(kuò)散的驅(qū)動力使Cu基板和固態(tài)釬料之間相互擴(kuò)散形成界面IMC，此過程受擴(kuò)散機(jī)制控制。

總的來說，在釬焊過程中，IMC的形成和生長是基板和液態(tài)釬料間的冶金反應(yīng)和元素擴(kuò)散共同作用的結(jié)果。另外，在固相情況下，釬焊焊點在服役的過程中常常受到諸如溫度、應(yīng)力、電流、磁場等外界因素的作用，這些因素為界面IMC的生長提供了驅(qū)動力，但界面IMC的生長主要還是由擴(kuò)散機(jī)制決定的。相關(guān)研究人員常用Fick擴(kuò)散定律來描述這一階段IMC的生長，界面IMC厚度隨溫度和時效時間的生長變化遵循以下規(guī)律：

δ =δ₀+(Dt)^1/2                    (1)

其中，δ 是在t時刻界面IMC的厚度（單位m），δ₀是焊后IMC厚度（單位m），t是焊后時間（單位s），D是擴(kuò)散系數(shù)（單位m²/s）。目前已有不少研究者利用該公式計算出了不同溫度下SnAgCu/Cu界面IMC的生長速率以及界面激活能。事實上，SnAgCu/Cu界面IMC的生長是由Cu原子和Sn原子通過IMC界面擴(kuò)散來實現(xiàn)的，這一過程非常復(fù)雜，主要表現(xiàn)為體擴(kuò)散或晶界擴(kuò)散。

另外，也有一些研究者認(rèn)為IMC的復(fù)雜生長過程并不符合Fick擴(kuò)散定律，提出了如下更有普遍意義的指數(shù)經(jīng)驗公式來描述IMC的生長：

δ =(Dt)ⁿ                             (2)

其中n為IMC生長指數(shù)，可以通過測定不同時刻界面IMC的厚度后進(jìn)行曲線擬合來計算。

高溫時效對返修可靠性的影響

研究高溫時效過程中焊點界面的生長情況對于分析芯片返修可靠性有重要意義。王要利等人分析認(rèn)為，界面IMC的生長受元素擴(kuò)散機(jī)制控制。所以其生長速率取決于界面處Cu和Sn元素在一定條件下的擴(kuò)散速率。在等溫時效試驗中，根據(jù)Arrhenius擴(kuò)散系數(shù)公式可知：

D =D₀exp[-Q/(RT)]              (3)

其中，D為擴(kuò)散速率，D₀是擴(kuò)散常數(shù)（單位m²/s）；Q是激活能（單位J/mol）；R是Boltzmann常數(shù)，具體數(shù)值為8.314 J/mol/K；T是[敏感詞]溫度（單位K）。

因此，元素的擴(kuò)散系數(shù)與時效溫度成指數(shù)關(guān)系，隨著時效溫度的升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大，擴(kuò)散加快。換言之，在高溫時效的條件下，元素擴(kuò)散大幅增快，促進(jìn)界面IMC生長。這一理論與許多研究者在試驗過程中觀測到的IMC生長行為基本相符。

而為驗證這一理論，研究者通過試驗設(shè)計進(jìn)行大量相關(guān)研究。王建華等人發(fā)現(xiàn)在焊球尺寸為200 μm、300 μm、400 μm和500 μm，時效溫度為100 ℃、130 ℃、160 ℃ 的條件下，時效溫度越高，時效時間越長，SAC305/Cu焊點界面IMC層厚度增長越快，如圖1所示。也就是說，這二者對于界面IMC的生長都有促進(jìn)作用。

圖1　不同時效溫度下界面IMC厚度與時效時間平方根的關(guān)系

另外，Ni鍍層對界面IMC生長有明顯的抑制作用，能夠降低界面IMC的生長速率，使其厚度變薄，增厚速度變緩。SAC305/Cu界面IMC由Cu₆Sn₅及Cu₃Sn構(gòu)成，而SAC305/Ni/Cu界面的IMC則會演變?yōu)?/span>(Cu,Ni)₆Sn₅和(Cu,Ni)₃Sn。由圖2可以看到，時效后SAC305/Ni/Cu界面IMC層厚度明顯小于SAC305/Cu界面。并且隨著焊點尺寸由小變大，界面IMC層厚度更薄，IMC的生長速率更小，其數(shù)值分別為8.60 nm/s^1/2，2.54 nm/s^1/2，2.17 nm/s^1/2，1.25 nm/s^1/2，即適當(dāng)增大焊球尺寸也能夠抑制界面IMC的生長。

同時，亦有研究者對不同焊盤上IMC的生長速度進(jìn)行了探究，ZHANG等人研究發(fā)現(xiàn)ImAg、ImSn、PbSn這3種焊盤上的焊點界面IMC隨著時效時間的延長厚度均會增加，但在等時間、等溫度的時效過程中IMC的生長速度差別不大。

（a）SAC305/Cu界面

（b）SAC305/Ni/Cu界面

圖2　SAC305/Cu界面和SAC305/Ni/Cu界面IMC形態(tài)

此外，趙瑪麗通過在Cu基板表面電鍍不同鍍層系統(tǒng)研究鍍層元素以及回流溫度對Sn3Ag0.5Cu焊料界面反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)Ag鍍層中的Ag元素具有較快的擴(kuò)散速率，會加快焊點界面IMC形核速率，另外界面反應(yīng)所形成扇貝狀IMC中的溝槽會成為Cu元素擴(kuò)散的便利通道，也會進(jìn)一步促進(jìn)IMC的快速形成。Au鍍層中的Au元素的擴(kuò)散速率則更快，會快速形成成分為AuSn₄的IMC。但與前兩者形成鮮明反差的是，Ni鍍層中的Ni元素向熔融釬料擴(kuò)散速率較慢，且形成的三元IMC不存在溝槽狀通道，因此在一定程度上抑制了IMC的快速生長。此外，在523~583 K的溫度范圍內(nèi)，隨著回流溫度的升高，無鉛焊料在不同鍍層基板上反應(yīng)加快，潤濕性能提高。在等溫時效過程中，化合物形貌逐漸生長轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鏍?。而非等溫時效時，焊料重結(jié)晶導(dǎo)致焊料基體形成更多晶界，進(jìn)一步加快Sn、Cu原子的擴(kuò)散，加快金屬間化合物的生長增厚，增大IMC生長速率。

ZHANG等人研究發(fā)現(xiàn)隨著時效時間和溫度的增加，焊點的內(nèi)應(yīng)力不斷變大，蠕變現(xiàn)象也變得更為嚴(yán)重。焊點的韌性和強(qiáng)度也會隨著時效時間的增加而線性下降。但在無鉛釬料中隨著銀含量的上升，焊點抗蠕變性能的穩(wěn)定性有了一定的提高，其原因可能為第二相粒子（IMC）無鉛釬料在未時效時體積很小，可以有效抵抗晶界運動；然而在時效后，第二相粒子不斷長大，其釘扎晶格的能力下降，導(dǎo)致其抗蠕變性能下降。雖然相較于SnPb焊料，無鉛釬料的抗蠕變性能相對較好，但其時效后的性能卻不如SnPb。

從以上研究中可以看出，高溫時效會導(dǎo)致IMC的生長，而金屬間化合物層的增厚勢必會對焊點機(jī)械性能產(chǎn)生影響。時效溫度與時效時間作為重要的工藝參數(shù)，對于界面IMC的生長影響重大。通過合理設(shè)計與精確控制時效過程工藝參數(shù)，能夠在一定程度上提高焊點可靠性。此外，通過增大焊球尺寸及增加鍍層等工藝手段也能降低高溫時效對IMC界面的負(fù)面影響。

多次回流對返修可靠性的影響

在芯片返修過程中，除高溫時效以外，多次回流焊也是影響芯片返修可靠性的重要因素。LIANG等人以Sn63Pb37、SnPb90和SAC305釬料為研究對象進(jìn)行了一系列試驗，結(jié)果分析顯示，125 ℃時效和多次回流均會導(dǎo)致IMC形貌和微結(jié)構(gòu)的變化。相比之下，高溫時效對于IMC層厚度增加產(chǎn)生的影響更為明顯。但球剪切試驗沒有顯示出任何明顯的脆化行為，IMC在10次回流和125 ℃高溫時效336 h后發(fā)生直接脆斷。Sn63Pb37、SnPb90含鉛釬料在時效及多次回流后剪切強(qiáng)度有所提高，但對于SAC305無鉛釬料BGA球的剪切變形和斷裂行為沒有產(chǎn)生明顯的影響。另外，時效及多次回流使得焊點IMC形貌趨于平滑，厚度有所增加，如圖3所示，同時使SAC305無鉛釬料焊點剪切強(qiáng)度和韌性略有下降。

（a）初始狀態(tài)

（b）3次回流后

（c）10次回流后

（d）125 ℃時效兩周后

圖3  SAC305無鉛釬料經(jīng)不同熱處理后界面IMC形態(tài)

此外，研究者對多次回流過程中焊點界面IMC層的生長演變進(jìn)行了觀察，KIM DAEGON等人通過試驗發(fā)現(xiàn)，在UBM焊盤上Sn63Pb37形成的IMC基本為Ni₃Sn₄，SAC305形成的IMC基本為Ni₆Sn₅，但隨著回流重熔時間的增加，在IMC與Ni-P層之間出現(xiàn)脆性富P層，界面處開始形成Ni₃Sn₄。但重熔時間（重熔時間從0~25² s）對焊點剪切性能影響不大，斷裂模式基本為脆性斷裂，原因是焊點中Ni₃Sn₄的形成和IMC脆性。

LIU等人通過試驗發(fā)現(xiàn)OSP焊盤上SAC387和Sn63Pb37形成的均為貝殼狀的Cu₆Sn₅，Ni/Au焊盤上SAC387形成長條狀(Cu,Ni)₆Sn₅，Sn63Pb37形成短棍狀Ni₃Sn₄。另外，隨著重熔時間的增加，IMC厚度也不斷變大，同時SAC387產(chǎn)生的IMC的厚度始終大于Sn63Pb37，OSP焊盤上IMC的厚度始終大于Ni/Au焊盤。而Cu-Sn組成的IMC生長主要由晶界擴(kuò)散主導(dǎo)，Ni-Sn組成的IMC的生長則由晶界擴(kuò)散和體擴(kuò)散共同主導(dǎo)。

文惠東等人以63Sn37Pb、10Sn90Pb、5Sn95Pb及3Sn97Pb 4種不同成分的Sn-Pb凸點為對象，研究回流次數(shù)對凸點IMC形貌及力學(xué)性能的影響。多次回流后，Sn-Pb凸點界面IMC晶粒尺寸均逐漸增大，IMC層增厚。在10次回流后，3Sn97Pb和63Sn37Pb凸點界面處存在長軸狀凸起，5Sn90Pb和10Sn90Pb凸點界面處IMC層則較為平坦?；亓鞔螖?shù)的增加對于5Sn95Pb凸點的剪切強(qiáng)度影響較大，對其余3種Sn-Pb凸點剪切強(qiáng)度變化影響較小。

采用Sn3.5Ag0.5Cu釬料實現(xiàn)互連時，焊點可靠性與IMC層形態(tài)厚度緊密相關(guān)，而回流次數(shù)對于IMC形態(tài)的影響尤為顯著。吳豐順等人研究了回流次數(shù)對Sn3.5Ag0.5Cu焊點的幾何尺寸、界面形貌、拉伸強(qiáng)度及斷口形貌的影響。研究表明，隨著回流次數(shù)的增加，焊點寬度及IMC層厚度增加。經(jīng)過多次回流后，IMC層Ni₃Sn₄針狀組織發(fā)生粗化。在多次回流后，Sn3.5Ag0.5Cu焊料的拉伸強(qiáng)度變化不大，回流后斷口形貌如圖4所示。對斷口進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)，[敏感詞]次回流后，斷裂發(fā)生在焊料中，斷口中能夠觀測到許多韌窩以及撕裂棱，韌窩底部有沉積物，屬于塑性斷裂。多次回流之后，斷裂部分出現(xiàn)在焊料中，部分存在于UBM與焊料的界面之中。此時韌窩較小，撕裂棱逐漸趨平，斷口表面出現(xiàn)針狀及粗化的Ni₃Sn₄，在塑性斷裂發(fā)生后又發(fā)生了脆性斷裂。

對于回流次數(shù)這一參數(shù)的重要影響，也有其他研究者進(jìn)行了試驗探究。吳鳴等人探究了回流次數(shù)對SAC305無鉛釬料基體、焊點組織演變及可靠性的影響，發(fā)現(xiàn)多次回流使得焊點出現(xiàn)宏觀裂紋并不斷擴(kuò)展，釬料內(nèi)部β-Sn枝晶及共晶組織明顯粗化。這一粗化傾向與王小京及SHEN等人在試驗中的觀測一致。圖5為不同回流次數(shù)下SAC305釬料焊點的IMC層形貌，隨著回流次數(shù)的增加，過飽和析出的Cu₆Sn₅以及Sn塊逐漸消失。IMC層形貌由尖牙狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯蓉悹?，且?/span>Sn基側(cè)生長增厚，生長速率逐漸減緩。多次回流后，焊點剪切強(qiáng)度逐漸下降。通過對斷口形貌的分析并結(jié)合剪切強(qiáng)度的變化可知，釬料組織的粗化與脆性IMC的增厚使得剪切強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢，斷裂方式由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g脆性混合斷裂。此外，文獻(xiàn)中還提及聶京凱、劉平以及GUO等人通過在釬料中復(fù)合添加Ni元素并進(jìn)行多次回流，研究發(fā)現(xiàn)Ni元素的加入能夠有效改善焊點蠕變性能，提高剪切強(qiáng)度。

（c）5次回流后

圖5　SAC305焊點不同回流次數(shù)下的IMC形貌

此外，球柵陣列（BGA）封裝因其特點，難以實現(xiàn)高成功率及高可靠性返修。DARIAVACH等人研究了BGA組件的多次返修對其機(jī)械強(qiáng)度的影響以及可能導(dǎo)致的IMC脆性。分析發(fā)現(xiàn)在多次返修后，IMC厚度增加。在返修5次后，IMC厚度超過10 μm。返修后的IMC不再是純粹連續(xù)的Sn-Cu化合物，此時的IMC層由富Pb相、富Sn相和IMC混合而成。在圖6所示的BGA球剪切試驗中可以看出，經(jīng)過不同返修次數(shù)的焊點在推剪 試驗后出現(xiàn)2種失效模式：[敏感詞]種是韌性斷裂，第二種是焊盤PCB分離。從焊點中發(fā)生的斷裂均為韌性斷裂，[敏感詞]次返修后焊點的剪切強(qiáng)度小幅下降，之后幾次變化不大，說明多次返修對焊點剪切強(qiáng)度的影響不大。

（c）2次返修后

（e）5次返修后

圖6　不同返修次數(shù)后BGA焊球剪切試驗

焊盤PCB分離為典型的脆性斷裂，并且由此推斷出多次返修導(dǎo)致焊盤與PCB的連接強(qiáng)度顯著變低。DARIAVACH等人在4點彎曲試驗中發(fā)現(xiàn)在重熔2次之后焊點剪切強(qiáng)度顯著下降，說明多次返修導(dǎo)致焊點抗彎曲能力大幅度降低。主要的失效位置為PCB與焊盤連接處，亦有部分失效發(fā)生在焊盤上，說明IMC厚度的增加并未導(dǎo)致界面處的強(qiáng)度降低。但隨著返修次數(shù)的增加，銅墊與PCB板的結(jié)合強(qiáng)度降低，導(dǎo)致BGA組件可靠性有所下降。

為實際探究返修次數(shù)對元器件焊點產(chǎn)生的影響，CHAI等人對元器件的返修工作進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)多次返修后IMC厚度顯著增加。經(jīng)過3次返修，TSOP使用Sn63Pb37進(jìn)行焊接時，焊盤上的銅厚度減少量約為10 μm，使用SAC305進(jìn)行焊接時，焊盤上的銅厚度減少量約為16 μm。2512貼片電阻使用Sn63Pb37進(jìn)行焊接時，焊盤上的銅厚度減少量約為16 μm，使用SAC305進(jìn)行焊接時，焊盤上的銅厚度減少量約為18 μm。對于TSOP元器件，使用Sn63Pb37進(jìn)行連接時，高次數(shù)的熱循環(huán)不但會導(dǎo)致返修的元器件焊點開裂，相鄰元器件也會有一定程度的失效。而對于翼形引腳，裂紋從引腳后側(cè)上端萌發(fā)，沿著引腳生長，在趾部結(jié)束。對于片狀電阻，裂紋從可焊端上沿萌發(fā)，向下發(fā)散傳播。對于片狀電阻，不同的返修次數(shù)導(dǎo)致28%～80%的可靠性下降。對于TSOP元器件，Sn63Pb37的使用會導(dǎo)致一定程度的熱循環(huán)可靠性下降，而SAC305的使用對熱循環(huán)可靠性的影響不大。

另有研究者對于不同類型焊盤進(jìn)行多次回流焊接，通過試驗實踐探究焊點性能變化。ZHONG等人通過試驗發(fā)現(xiàn)，在OSP焊盤上重熔次數(shù)9次之內(nèi)時，IMC層厚度增加速度較快，在第9次重熔時，3種釬料產(chǎn)生的IMC厚度均約為8 μm，9次之后亦有增加，但趨勢變緩。其認(rèn)為多次重熔對焊點的抗剪切能力影響不大。SAC305和Sn63Pb37無論經(jīng)過多少次返修，斷口位置均位于焊盤的IMC層之上，Sn–3Ag–0.5Cu–8In在重熔2次之內(nèi)時，斷口位置在IMC層。當(dāng)重熔次數(shù)大于4次時，斷口位于焊盤與PCB界面。

MA等人發(fā)現(xiàn)，SAC305涂覆的焊盤在相同返修次數(shù)下IMC的厚度遠(yuǎn)小于Ni/Au焊盤。NSMD焊盤在返修下的表現(xiàn)很差。返修后的BGA焊點在ATC（0～100 ℃溫度循環(huán)，10 ℃/min）條件下主要的失效模式是疲勞失效。返修后的通孔焊點在ATC條件下易產(chǎn)生桶狀斷裂。但由于焊點的主要失效位置已經(jīng)由IMC層轉(zhuǎn)向了焊盤與PCB界面，返修后的BGA焊點在沖擊試驗下可靠性較好。

結(jié)合以上研究內(nèi)容，返修過程中的多次回流焊對芯片可靠性存在負(fù)面影響。多次返修后，IMC厚度顯著增加，形貌及微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，斷裂模式及斷裂位置發(fā)生改變，可靠性降低。通過優(yōu)化設(shè)計及工藝以減少返修次數(shù)是減少多次回流焊導(dǎo)致的可靠性降低的最優(yōu)途徑。此外，通過材料的合理選擇、匹配以及參數(shù)設(shè)置等方式，也能夠在一定程度上降低負(fù)面影響。

結(jié)  論

本文通過對國內(nèi)外研究者對于芯片返修可靠性研究進(jìn)展的概述，針對高溫時效及回流次數(shù)兩個因素對芯片返修可靠性的影響進(jìn)行匯總分析，對芯片返修技術(shù)研究具有指導(dǎo)意義。所得主要結(jié)論如下。

（1）芯片返修可靠性的降低與返修過程中的高溫時效及多次回流過程密切相關(guān)。高溫時效與多次回流使得焊點界面IMC形貌及微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。高溫時效促進(jìn)IMC快速生長，脆性IMC的生長增厚使得返修可靠性降低。

（2）返修熱過程工藝參數(shù)對于界面IMC的生長影響重大。通過合理設(shè)計與精確控制熱過程工藝參數(shù)，能夠在一定程度上提高焊點可靠性。此外，通過增大焊球尺寸及增加鍍層等工藝手段也能降低高溫時效對IMC界面的負(fù)面影響。

（3）多次回流后焊點IMC層尺寸逐漸增大，釬料基體及界面組織發(fā)生粗化，IMC層增長速率逐漸放緩。不同焊盤及釬料組合在多次回流后表現(xiàn)各異?？傮w而言，回流次數(shù)的增加使得焊點拉伸強(qiáng)度或剪切強(qiáng)度呈現(xiàn)出下降趨勢。

（4）結(jié)合多次回流后斷口顯微組織圖分析可知，隨著回流次數(shù)的增加，部分焊點斷裂位置由IMC層轉(zhuǎn)移至焊盤與PCB界面，斷裂方式由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g脆性混合斷裂。

（5）返修過程中的多次回流焊對芯片可靠性存在負(fù)面影響。通過優(yōu)化設(shè)計及工藝以減少返修次數(shù)是減少多次回流焊導(dǎo)致的可靠性降低的最優(yōu)途徑。通過材料的合理選擇、匹配以及參數(shù)設(shè)置等方式，也能夠在一定程度上降低負(fù)面影響。





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