Cu与超低k材料之间的热应力产生不仅与二者的热膨胀系数的不匹配有关，还受芯片-封装相互作用的的影响，这是一个相对较新的可靠性问题。然而，当超低k材料作为层间介电材料时，由于芯片-封装相互作用产生的热应力由焊料凸点和Cu/超低k材料多层结构共同承担，因此热应力可能在Cu/超低k材料的多层结构中引发介电材料的破裂。......
2023-06-20
芯片封装的相互作用优化措施
【摘要】：由于Cu和超低k材料间热膨胀系数差异导致了热应力问题的出现，因此需要关注超低k材料的力学性能，但是更严重的热应力则来自芯片与封装的相互作用，后者将是未来主要的可靠性问题。它已经导致了众所周知的焊料接头低周疲劳失效，但由芯片与封装相互作用导致的热应力对Cu/超低k多层结构的影响尚不清楚。为了避免来自芯片-封装相互作用产生的热应力，对于Si芯片来说，使用Si基板似乎更好，因为在Si芯片和Si基板之间不产生热应力。
为了减少芯片上多层互连结构中的RC延迟，现在正在开发介电常数值接近2的超低k材料，并将其与Cu导体进行集成。由于Cu和超低k材料间热膨胀系数差异导致了热应力问题的出现，因此需要关注超低k材料的力学性能，但是更严重的热应力则来自芯片与封装的相互作用，后者将是未来主要的可靠性问题。在诸如服务器等高端器件中采用的倒装芯片技术中，Cu/超低k多层结构将通过面阵列焊料接头连接到一个封装基板上。在将芯片连接到其封装上时，需要在芯片侧有UBM层和Cu/超低k多层结构，且在基板侧有键合焊盘，接着在芯片和基板之间要有焊料凸点。在芯片连接和运行过程中，芯片和基板之间会产生热应力，如1.4.3节所述。热应力将不仅影响焊料凸点的机械完整性，而且还将影响Cu/超低k多层结构。它已经导致了众所周知的焊料接头低周疲劳失效，但由芯片与封装相互作用导致的热应力对Cu/超低k多层结构的影响尚不清楚。
特别是在芯片和基板间填充环氧树脂的方法协助下，微电子工业已经能够承受因疲劳问题带来的影响，否则当今我们的计算机仍不能正常工作。这是由于在Al/SiO2或Cu/低k技术中，SiO2和低k材料（碳掺杂的SiO2、k值稍低于3）的机械强度相当强，因此热应力主要会影响焊料凸点及其界面，而不是层间介电材料。然而，对于超低k材料，实际情况可能不是这样，至少其较弱的力学性能是值得注意的。超低k材料倾向于是多孔材料或者是与一定量聚合物的混合物，因此它们在应力下容易产生裂纹。在极端情况下，若考虑将在面阵列倒装芯片焊料凸点放置在柔性的超低k材料上，那么焊料凸点的任何位移都将在柔性超低k材料以及埋置在它内部的Cu线上产生应变，这将是一个非常严重的可靠性问题。为了避免来自芯片-封装相互作用产生的热应力，对于Si芯片来说，使用Si基板似乎更好，因为在Si芯片和Si基板之间不产生热应力。
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2023-10-28
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2023-06-15
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2023-06-20
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