本文介紹薄膜陶瓷基板上直徑為40μm或30μm的倒裝芯片無鉛焊接連接的電遷移研發，在電遷移是影響電子設備長期可靠性的過程之一；因此，它成為近年來許多調查的重點。也是關于倒裝芯片封裝技術，在大多數已發表的數據都與金屬化有機陶瓷基板的焊料連接中的電遷移有關。在本文中幾乎沒有關于薄膜陶瓷基板上無鉛焊接連接中電遷移的任何信息。

因此，在這項工作展示了組裝到薄膜氧化鋁陶瓷基板上的硅芯片上，標稱直徑為40μm或30μm，間距為100μm的無鉛（SAC305）倒裝芯片焊料凸塊的電遷移研發效果。凸點下金屬化（UBM）由直接沉積在AICu0.5跡線上的5μm厚的化學鍍鎳浸金（ENIG）層組成。陶瓷基板使用薄膜多層（NiCr-Au（1.5μm）-Ni（2μm）結構金屬化，在其頂部通過沉積所需直徑的閃金（60nm）以高精度產生可潤濕區域（40μm或30μm）。

倒裝芯片焊料凸塊繼續為將半導體器件（例如硅芯片）與外部電路（例如印刷電路板）互連提供經過驗證且可靠的方式，組件的持續小型化、更大的晶圓、更薄的封裝、更高水平的集成和環境法規對這種封裝技術構成了重大挑戰。它們是通過應用由無鉛合金組成的逐漸變小的焊球來滿足的，而這些焊球以越來越短的距離（間距）相互焊接。然而，焊點的小尺寸引起了對其可靠性的擔憂。特別是近年來，電遷移（EM）應力下的互連性能已成為關注的焦點。

大多數關于倒裝芯片無鉛焊點電遷移的公開數據都與有機基板 (PCB)上的互連有關，幾乎沒有任何關于陶瓷基板上無鉛焊點電遷移的信息；高鉛焊料今天仍用于陶瓷上的互連。這項工作首次展示了對組裝到薄膜Al上的硅芯片上標稱直徑為40 μm或30 μm且間距為100 μm的無鉛 (SAC305) 倒裝芯片焊接連接中電遷移的綜合研究結果陶瓷基板。

所有電遷移測試均在125℃的溫度下進行，最初，以8KA/cm2的電流密度加載一個具有40μm焊料凸塊和一個具有30μm焊料凸塊的芯片組件1000小時。組裝并沒有失敗，使用SEM進行的調查顯示凸塊的微觀結構沒有顯著變化。

此后，對7個具有40μm焊料凸塊的芯片組件和5個具有30μm凸塊的組件進行了14KA/cm或25KA/cm的電遷移測試分別。到目前為止，40μm組件中有6個在7000小時后失效，而30μm組件在2500小時測試持續時間后沒有一個失效。用SEM和EDX對失效樣品進行的研發表明，微觀結構在電流方面發生了不對稱的變化。發現在焊料中形成了幾種金屬間相。發現互連的主要損壞發生在與芯片的陰極接觸處；那里的Ni-P層顯示出典型的柱狀 Kirkendall 空洞，這是由Ni從層遷移到焊料中引起的。Ni-P和焊料之間的界面明顯發生了接觸失效。

總之，研發結果表明陶瓷基板上的無鉛焊接連接具有非常高的抗電遷移穩定性。這種高穩定性主要是由于更好的散熱以及，因此在電流流動期間由電阻加熱引起的陶瓷封裝的相對較低的溫度升高。此外，研發中使用的金屬化類型似乎比標準PCB金屬化更能抵抗電遷移，因為它不含銅層。