FC封装通过芯片凸点将芯片和基板键合在一起。一方面，FC封装体具有种类繁多的材料，芯片、凸点和基板中不同材料之间的性能差异尤其是CTE的差异会导致诸多的可靠性问题，造成FC封装体在各类载荷作用下的分层与破裂。

      另一方面，FC封装体中还存在几个结合面，如芯片与凸点的结合面及凸点和基板的结合面等，这些结合面也是封装体使用过程中的薄弱环节，尤其在细节距以及极细节距的条件下，结合面的面积更小，更容易发生可靠性问题。十分有必要对FC封装的可靠性问题进行深入研究，并根据研究结果进行优化设计。

1、封装过程对FC可靠性的影响

      于晶圆上制作焊锡凸点最成熟的方法是电镀工艺，较好的参数选择可以制造出大小均匀的焊锡凸点。在微凸点键合过程中，两个微凸点之间的杂质会影响微凸点的键合可靠性，加速失效。

      此外，键合过程中温度压力等工艺参数的错误选择也会使微凸点键合不良，导致焊点更快失效。在回流焊过程中，由于助焊剂的挥发会导致在各界面处的产生焊接空洞，而细节距和极细节距凸点的可靠性更容易被焊接空洞影响。

2、热载荷作用下FC封装的可靠性

      FC封装体在经历温度变化如热疲劳和热冲击的过程中，会由于结构中材料CTE的不匹配而在结构中产生热应力。影响封装体热机械性能的CTE不匹配主要发生在芯片与焊料凸点之间、基板与焊料凸点之间以及Sn基焊料凸点的c轴和a轴之间。

      诸多文献都表明在热疲劳作用下，封装体中芯片与凸点的界面、基板与凸点的界面最容易产生疲劳裂纹并最终断裂，在此不做过多赘述。Sn晶体中c轴和a轴CTE不匹配也对焊点热疲劳性能有重要影响，这是一个重要的现象，由材料的显微形貌直接影响结构的可靠性，需要深入的探讨。

      通过计算不同取向的两个晶粒在热疲劳过程中对晶界产生的应力，可以解释焊点表面产生晶界滑移的驱动力是不同取向晶粒之间的CTE不匹配。

      在PBGA芯片倒装焊点的热疲劳失效和晶体取向的关系研究中，发现c轴平行于基板时更容易在芯片侧界面处形成裂纹，这可能是由于从单个焊点取向考虑。当c轴平行于基板时，基板平面上各方向的CTE差异较大，在１.５×１０－５ ／ Ｋ～３×１０－５ ／ Ｋ范围内波动；而当c轴垂直于基板时，基板平面上CTE表现为各向同性，约为１.５×１０－５ /K。因此，c轴平行于基板时，存在较为严重的CTE不匹配。

      在热载荷过程中除了CTE不匹配造成的热应力，在互连结构中由于不同金属扩散速率的不同产生的Kirkendall空洞也会对封装体的可靠性产生影响。

      当FC封装用到了TSV转接板时，就不得不考虑转接板的热机械可靠性问题。TSV具有特殊的高深宽比结构以及多层界面结构，在Cu填充TSV中，各层材料之间的CTE差异会导致受热过程中TSV结构中的热应力的产生，进而造成Cu相对于基体的胀出或缩进。

      如图13所示，变形会使TSV周围结构或器件发生变形和失效，从而导致整个电路的失效。在产生Cu胀出或Cu缩进的同时，还会伴随着裂纹和空洞的产生。随着TSV直径的不断减小，空洞与裂纹的负面作用越来越明显，会严重影响器件的性能，甚至导致TSV的开路。

3、力的作用下FC封装的可靠性

      FC封装在力的作用下的失效主要表现为在跌落冲击作用下的失效。随着移动式电子器件的普及，焊点的跌落冲击可靠性被认为是关键的可靠性问题。在跌落测试中，凸点和芯片以及基板的连接位置同样是薄弱环节。

      而且由于凸点焊料会与芯片及基板的金属层发生反应生成硬脆的IMC层，所以在跌落测试中还可以发现，大多数的裂纹产生于IMC层，并且会沿着IMC层进行扩展，如图14所示。

4、电迁移作用下FC封装的可靠性

      理论上，金属原子在电子风力作用下的迁移会导致互连结构的一端（电子流入端）发生由于物质消耗产生的空洞现象，另一端（电子流出端）发生由于物质堆积产生的小丘现象，这就是物质的电迁移现象。FC封装体的电迁移失效主要发生在互连结构处，即芯片-凸点-基板结构之间，如图15所示。

      除此之外，由于封装中多采用Sn基焊料作为凸点材料，Sn晶体的各向异性造成的可靠性问题必须有所研究。锡晶体中c轴的扩散系数远大于a轴，对扩散相关的可靠性问题产生显著影响。

      在电迁移过程中，当c轴平行于电流方向时，电迁移速率显著加快，促进物质从负极向正极迁移。从动力学分析和实验两方面均可验证当锡晶体的c轴和电子流动方向一致的时候可以极大的促进IMC的迁移，缩短焊点的电迁移寿命。

      与电子流动方向一致的c轴晶粒前方如果存在与电子流动方向一致的a轴晶粒，则IMC在二者界面处累积，该现象是由于沿a轴晶粒的迁移速率远小于c轴晶粒，阻挡了IMC进一步向前方推移。采用同步辐射Laue衍射方法原位分析了焊点在电迁移过程中的晶粒转动情况，可以发现部分晶粒存在微小转动，偏转角在0.5°范围内。