底部填充封装的加速热循环测试分析

在完成装配之后，对封装进行热循环测试，以便评估封装的热机械可靠性。在热循环之前，先在室温下测量不同顺序链的电阻，并把这个电阻视作基准电阻。这个空气到空气的热循环测试是基于标准JESD22-A104-B^[27]。参考测试标准导则，最高的接触温度（T_max）选定为125℃，低于底胶的玻璃转化温度。测试开始时，为热循环测试选定了两个温度范围：一个是30～125℃，另一个是-55～125℃。温度的变化率是15℃/min。在最高温度和最低温度时，温度保持时间均为10min。在进行热循环测试的过程中，测量其电阻值，以便评估热机械的可靠性。图21.10给出了加速热循环测试过程中阻值的变化情况。从加速热循环测试得出的结论总结如下：

金属的电阻值随着温度（T）的改变而变化，纯金属的热阻系数（TCR）通常在4×10^-3/K左右，而合金的热阻系数通常相对较低^[28]。从图20.10所示数据可知，TCR（变量α）可以按下式估算：

式中，α为热阻系数（TCR）；R₀为实验开始时室温下的电阻值；ΔR为从最低温度到最高温度的电阻的增加值；ΔT为热循环中温度的变化范围。

可以看出，TCR的测量值落在其他人报道的TCR范围内。

在前几个循环测试中，电阻的均值逐渐减少。如图21.11所示，在测试的前1500min（大约50次循环），这种减小较为显著。但是，随着热循环测试的进行，电阻值减小的速度越来越慢，最终电阻值趋于稳定。在水平通道和垂直通道中，都观察到电阻的这种变化趋势。有两种可能的原因，可以用来解释电阻值在热循环测试初期会减少这一现象：①随着热循环的进行，底部填充继续进一步固化和收缩，使基板和芯片的距离更加小。这可能会增加柔性互连和焊板的接触面积，因此使得电阻减小；②由于在热循环中不同材料的热膨胀量不同，互连尖端会在芯片焊盘表面弯曲并产生划痕。这会改善柔性互连和芯片焊板之间的电气连接，因此电阻将会减小。人们把前几个循环中阻值减小的现象定义为“烧焊”（burn-in）。

烧焊的另一个特性是，热循环过程中（甚至是在有中断的情况下），烧焊过程是不可逆转的。图21.11给出了热循环中有人为中断的情况下电阻的变化情况。在这个测试中，热循环进行2500min（80次循环）后，测试中断约几个小时，之后继续进行剩余的热循环测试约1500min（40次循环）。可以看出，在热循环测试的中断过程中，电阻值基本保持不变。然而，一旦热循环继续在烧焊阶段进行，电阻值将继续减小。(www.xing528.com)

图21.10 在热循环测试中阻值随温度的变化

a）30～125℃ b）-55～125℃

图21.11 电阻的“烧焊”行为

a）头80次循环的情况 b）头80次循环后人为中断几小时再进行的80～120次循环的情况