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一、背景

Flip-Chip封裝在高端芯片中越來越普及，但按照JEDEC標準的bHAST條件（130℃/85%RH 96 h）加速試驗卻頻頻報“漏電/短路”失效，而傳統(tǒng)的THB條件（85 ℃/85%RH 1000 h）卻一切正常。
LSI實驗室用6層板--2-2-2 build-up substrate當做試驗對象，通過試驗設計設計了一組對照試驗，根據長時間的系統(tǒng)實驗，找到了問題根因——銅遷移。

 

二、JEDEC JESD47和濕度相關的實驗一覽

    濕度分帶電（Biased）和不帶電（Unbiased）兩種，這兩種分別考核不同的失效模型和機理。

失效模型和機理簡介

1、Biased（帶電）--“電化學遷移”模型，關鍵詞：電場 + 離子 + 金屬遷移

機理

水汽在樹脂或界面形成連續(xù)水膜，成為電解質；

陽極金屬（Cu、Ag、Sn）被電解：Cu → Cu²? + 2e?；

金屬離子在電場作用下向陰極遷移；

到達陰極后被還原，形成樹枝狀金屬須（Dendrite）；

須狀物橋接兩極，造成瞬時短路或漏電流增加。

典型失效形態(tài)

銅須沿Build-Up樹脂內部生長（Flip-Chip 案例）；

銀遷移沿 PCB 表面綠油邊緣爬行；

焊球間橋接，導致BGA短路。

驅動因子排序

電場強度 > 濕度 > 溫度 > 金屬活性。

考核目的

模擬產品在工作電壓下長期受潮，評估電路功能性失效風險。

 

2、Unbiased（不帶電）--“化學腐蝕 / 氧化”模型，關鍵詞：水汽 + 雜質離子 + 無電場

機理

水汽吸附在金屬表面，溶解空氣中的 CO?、Cl?、S²? 等形成弱酸；

金屬發(fā)生均勻腐蝕或局部點蝕，生成氧化物或鹽膜；

無電場驅動，離子不會定向遷移，因此不會長出金屬須；

腐蝕產物導致接觸電阻升高、鍵合強度下降，但不會瞬間短路。

典型失效形態(tài)

鋁鍵合盤發(fā)黑（生成 Al?O? 或 AlCl?）；

銅焊盤綠銹（Cu?(OH)?Cl）；

錫球表面氧化，后續(xù)裝配虛焊。

驅動因子排序

濕度 > 雜質離子濃度 > 溫度。

考核目的

模擬運輸、倉儲或斷電停機時的受潮風險，評估長期可焊性與機械完整性。

 

一句話總結

Biased 怕“銅樹”——短路的瞬間殺手；

Unbiased 怕“生銹”——性能的慢性毒藥。

 

三、LSI實驗室驗證設置的實驗條件 vs 結果速查表

結論：溫度 ≥125 ℃ + 高濕度 + 電場 是銅遷移三要素。

失效形貌：實驗失效的樣品可見銅離子遷移形貌

 

 

四、物理失效模型（通俗易懂版）

吸濕后 Tg 降低：build-up 樹脂干態(tài) Tg≈150 ℃；吸濕后降到 125 ℃ 以下。

樹脂軟化：溫度 > Tg → 自由體積增大，銅離子“游”得動。

電場驅動：Cu → Cu? + e?，離子沿電場沉積到陰極，形成銅須。

五、對可靠性工程師的 3 點啟示

慎用 ≥125 ℃ 的 bHAST

JEDEC 已提示可能產生“人造失效”，本實驗證實。

如需加速，優(yōu)先提高濕度而非溫度

110–120 ℃/85 %RH 區(qū)間 528 h 仍無失效，時間換安全。

設計端考慮

• 增加銅-銅間距
• 選用低吸濕 build-up 材料或低離子含量樹脂