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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王新建
研究生(外文):jack Wang
論文名稱:IC封裝中金鋁微接點與錫鬚晶的研究
論文名稱(外文):Wire bond and Tin Whisker study on IC package
指導教授:謝克昌
指導教授(外文):Hsieh, Ker-Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:材料科學研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:可靠度線接合錫鬚晶
外文關鍵詞:Tin whiskerReliabilitywire bond
相關次數:
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塑膠封裝(Plastic packaging)是目前最普遍、快速且經濟的電子構裝方式,目的在施以物理、化學性的保護,期能滿足電性連接、實體支撐、環境抵抗與散熱等功能保護元件線路、防止外力的損害。本實驗所探討為高溫時效下對金鋁微接點可靠度之影響,以及導線架受時效處理時whisker成長的情形兩部份。在高溫時效下對金鋁微接點之影響的研究方面,利用不同的金線組成去做時效處理,觀察界金屬化合物成長的狀況,可看出純金線界金屬化合物成長的比較快,在金線中加入cu的金屬元素可以產生擴散障礙,因Cu可聚集在界金屬化合物的上層形成AuAlCu化合物,使界金屬化合物的成長減緩,故金鋁微接點比較不容易損壞;同時比較有封裝和未封裝的試片,未封裝的試片界金屬化合物成長比較緩慢,界金屬化合物層也幾乎觀察不到crack的現象,所以封裝樹酯有加速crack的發生(封裝樹酯的膨脹係數和金屬有很大的差別)。Whisker成長的原因,產生壓應力(Cu6Sn5/Sn)造成tin原子向表面流動而使得whisker的成長,把試片做時效處理可發現鍍錫層在6μm以下的錫鍍層會有whisker的出現,原因在於界金屬化合物(Cu6Sn5)表面成不規則的海貝狀組織,並在熱處理之後會朝特定面(221)成長,對Cu6Sn5/Sn造成壓應力,使Sn/SnO2層因受張應力而長出whisker,whisker的成長被視為一種應力釋放的現象,當whisker出現後,錫的殘留應力也隨whisker的出現而下降,而未有whisker出現的試片,錫的殘留應力也隨熱處理時間的增加而增加。


目錄
壹、前言1
1-1 研究背景1
a. IC封裝流程1
b. Wire bond的接合方2
c. Au-Al ball bonds接合的重要性3
d. Au-Al intermetallic的微觀組織…………………………………….. 4
e.擴散模式5
1-2導線架(leadframe)成長需晶(whisker)對晶片的影響6
a. Tin whisker 的生長機制7
(1)壓應力(compressive stress)7
(2) Intermetallic compound.7
(3)Deposit thickness ……………………………………………………… 8
(4).Recrystallization ……………………………………………………… 9
貳、實驗方法10
2.1時效處理下對wire bonding的影響10
a. 試片10
b. 時效處理10
c. 試片製作10
d. 試片分析11
2.1不同製成參數對導線架上成長錫鬚的影響12
a. 試片13
b. 時效處理13
c. 試片製作13
c. 試片分析14
參、結果16
3-1金鋁接合部金相組織觀察16
a.時效處理所造成金鋁結合部變化16
b.時效處理所造成金鋁結合部剖離的方式17
c.時效處理所造成typeB、typeB(-)金鋁結合部成長的不同18
3-2 Tin whisker成長條件觀察18
a.觀察Tin whisker成長狀況18
肆.討論19
4-1金鋁微接點空洞形成與相變化的轉變19
a. Au5Al2 phase轉換成Au4Al的路徑19
b. typeA、typeB時效處理後微接點的剝落方式21
c.時效處理對封裝和未封裝試片的影響21
4.2 whisker的產生條件和熱處理後的影響22
伍.結論26
陸.參考文獻-------------------------------------------------------------------- 27
附錄(JCPDS)------------------------------------------------------------------- 70

圖目錄
Fig.1 背像散射電子、二次電子、X光及歐傑電子,其範圍及空間分佈情形
與產生X光及歐傑電子過程示意圖…………………………………… 29
Fig.2 金鋁二元相圖30
Fig.3  銅鋁二元相圖31
Fig.4 175℃typeA界金屬化合物成的厚度與時效時間曲線圖32
Fig.5 175℃ typeB界金屬化合物層厚度與時效時間曲線圖33
Fig.6 205℃typeA界金屬化合物層的厚度與時效時間曲線圖34
Fig.7 205℃typeB界金屬化合物層的厚度與時效時間曲線圖35
Fig.8 175℃typeB(-)界金屬化合物層的厚度與時效時間曲線圖36
Fig.9 175℃typeA經時效處理後之cross section morphology37
Fig.10 175℃typeA經時效處理後之cross section morphology38
Fig.11 175℃typeA經時效處理後之cross section morphology39
Fig.12 175℃typeB經時效處理後之cross section morphology40
Fig.13 175℃typeB經時效處理後之cross section morphology41
Fig.14 175℃typeB經時效處理後之cross section morphology42
Fig.15 205℃typeA經時效處理後之cross section morphology43
Fig.16 205℃typeA經時效處理後之cross section morphology44
Fig.17 205℃typeA經時效處理後之cross section morphology45
Fig.18 205℃typeB經時效處理後之cross section morphology46
Fig.19 205℃typeB經時效處理後之cross section morphology47
Fig.20 205℃typeB經時效處理後之cross section morphology48
Fig.21 205℃typeB(-)經時效處理後之cross section morphology49
Fig.22 205℃typeB(-)經時效處理後之cross section morphology50
Fig.23 205℃typeB(-)經時效處理後之cross section morphology51
Fig.24 type A及type B在175℃及205℃時效處理下剝離的情形52
Fig.25 經時效處理type A+、type B-的surface morphology53
Fig.26 (a) type A (b) type B 試片經時效處理(175℃)後之 Cross section morphology54
Fig.27 (a) type A 試片經時效處理(175℃)後之 Cross section morphology
及相變化示意圖55
Fig.28 (a) type B 試片經時效處理(175℃)後之 Cross section morphology
及相變化示意圖56
Fig.29 試片熱處理50小時界金屬化合物成長之比較57
Fig.30 (a)TypeA-175℃ 600hrs(b)TypeB-175℃ 600hrs之介金屬化合物
WDS成分定量分析58
Fig.31 typeA金鋁微接點剝離方式59
Fig.32 typeB金鋁微接點剝離方式60
Fig.33 typeA金鋁微接點剝離方式的cross section morphology及剝離方式示 意圖61
Fig.34 typeA試片之界金屬相WDS成分定量分析62
Fig.35 試片type(B-)經時效處理之Ball bond surface morphology
及WDS成分分析(a).0hrs(b).500hrs63
Fig.36 介金屬化合物(Cu6Sn5)的(a)cross section 和(b) surface section64
Fig.37 時效處理後x-ray的分析圖65
Fig.38 時效處理(55℃)對typeA+和typeB-的應力變化圖69
表目錄
表一 .typeA+之X-Ray角度分析值66
表二 typeB-之X-Ray角度分析值67
表三 typeA+和B-之X-Ray應力分析值68


1.S. K. Kang, "Gold-to-Aluminum Bonding for TAB Applications," IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol. 15, No. 6, pp. 998-1003, 1992.2.J. Onuki, M. Koizumi, and I.Araki, "Investigation of the Reliability of Copper Ball Bonds to Aluminum Electrodes," IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol. CHMT-12, No. 4, pp. 550-555, 1987.3.K. I. Johnson, M. H. Scott and D. A. Edson, "Ultrasonic Wire Welding," Solid State Technology, Part II, Ball-Wedge Wire Welding, pp. 91-95, 1977.4.E. Philofsky, "Intermetallic Formation in Gold-Alluminum System," Solid State Electronics, Vol. 13, pp. 1391-1399, 1970.5.S.C. Britton, Trans. Inst. Met. Fin, Vol. 52, pp.95-102, 1974.6.B.D. Dunn, "Metallurgical Assessment of Spacecraft Parts and Materials, " Ellis horwood Ltd, 1989. 7.A.C. Yen, Z. H., R. T. Wynn, Z. Y., and L. W., "A Method of Investigating Fine Shorting Whiskers Within a Leadframe Molded Package," IEEE Transactions on Advavced Packaging , Vol. 24, No. 1, 2001.8.B. Z. Lee, D.N. Lee, Acta Metalurgica, 46, 10, 3701 (1998).9.K.N.Tu, "Cu/Sn Interfacial Reactions : Thin-Film Case Versus Bulk Case, " Materials Chemistry and Physics 46(1996) 217-223.10.R. A. Gagliano and M. E. Fine, " Growth of ηPhase Scallops and Whiskers in Liquid Tin-Solid Copper Reaction Couples, "Lead-Free Solder 2001 June JOM.11.H.,G.G.,”Metallurgical Failure Modes of Wire Bonds”, 12th Annual Proc. IEEE Reliability Physics Sumposium, pp. 131-141, 1974. 12. H.K Kim, H.K. Liou and K.N. Tu, Appl. Phys. Lett, 66(1995)2337.13.B.Z. Lee and D.N. Lee, ”Spontaneous Growth Mechanism of Tin whiskers”, Acta Mater. Vol. 46, pp. 3701-3714, 1998.14. Tu, K. N. and T., Acta Metall., 1982, 30, 947.15.B.D. Dunn, ”Mechanical and Electrical Characteristics of Tin whiskers with Special Reference to Spacecraft Systems”, European Space Agency(ESA) Jounal, Vol 12, pp.1-17, 1988.16. .B.D. Dunn, ”A laboratory Study of Tin Whisker Growth”, European Space Agency(ESA) STR-223, pp. 1-50, 1987.17.N.C. Lee, ”Pb-free Soldering-Where the World is Going”, Ad-vancing Microelectronics ,pp. 29, 1999.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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