集成电路封装是半导体产业链中的核心环节之一,近年来集成电路工艺技术展迅速,但集成电路封装发展相对滞后,一定程度上已经制约了集成电路性能的进一步提高。硅通孔(Through Silicon Via)互连技术是近年来高速发展起来的封装技术,它是通过在硅片上制作z轴方向的通孔,通孔内部填充导电物质来实现不同芯片之间的互连。与以往的引线键合或使用凸点的三维叠层技术不同,硅通孔能够使芯片在三维方向上堆叠的层数最多,外形尺寸最小,封装效率最高,并且由于较短的互连线长度,因此可以大大改善芯片速度和降低功耗。业界普遍认为将TSV将成为引线键合、载带自动键合和倒装芯片之后的第四代封装技术。目前基于硅通孔的三维互连技术已经开始应用到闪存、图像传感器的制造中,硅通孔互连技术的可靠性问题越来越受到人们的关注。因此,通过多种可靠性试验对硅通孔互连器件进行可靠性研究,有助于了解硅通孔互连技术的失效机理和建立全面的可靠性数据库,对探索快速评估硅通孔互连可靠性的方法和建立专有的失效标准有着十分重要的意义。本文对一种硅通孔互连器件进行了温度循环、温度冲击、湿度敏感性测试和板级跌落测试四种可靠性试验。对在可靠性试验中出现失效的样品通过X-ray、Cross-Section和SEM等手段进行了失效分析,讨论了不同可靠性试验中互连失效的机制,提出了相应的解决方案。通过温度循环和温度冲击试验对硅通孔互连器件的热-机械可靠性进行了研究。器件在-55℃-125℃的温度冲击试验中失效比较严重,通过失效分析发现,封装体内的多种热膨胀系数差异较大的材料在温度变化过程中产生较大的热应力,导致焊球和连接硅通孔之间的铝金属互连线发生断裂。底部填充料的使用可以提升硅通孔互连器件的可靠性。参照JEDEC标准设计了板级跌落测试专用的PCB基板,使用1500G,0.5ms的测试条件对硅通孔互连器件进行跌落测试。除了对器件进行稳态电性能测试之外,还对跌落过程中的瞬态信号进行了实时监测。焊球是互连体系中较薄弱的环节,使用底部填充料进行填充之后,器件的可靠性得到了极大的提高。硅通孔器件在三个湿度敏感性测试中展现了良好的可靠性,但底部填充料的引入反而降低了器件的可靠性。由于底部填充料吸湿性较强,在一级湿度敏感性测试的回流过程中吸湿膨胀,对封装体内其他材料施加了一定的应力,导致封装体内开裂分层,出现了开路和短路两种失效模式。