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研究生:黃建棟
研究生(外文):Chen-Town Huang
論文名稱:阻燃劑及電流效應對塑膠封裝可靠度之影響
論文名稱(外文):The Effects of Flame Retardant and Electrical Current on the Reliability of IC Package
指導教授:謝克昌
指導教授(外文):Ker-Chang Hsieh
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:77
中文關鍵詞:阻燃劑電子構裝可靠度
外文關鍵詞:IC packageFlame retardantReliability
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電流效應對金鋁微接點可靠度之影響,以及溴系、磷系阻燃劑對金鋁微接點可靠度影響之顯微組織分析兩部份。
在高溫時效下電流效應對金鋁微接點之影響的研究方面,實驗利用串聯的方式試片連接,並透過power supply通與0.2 A的電流,藉著高溫可靠度測試(HTSL, High Temperature Storage Life)加速金鋁微接點的退化(degradation)並以電子微探儀(EPMA)WDS定性定量分析來觀察金鋁介金屬化合物(Intermetallic compound)間的相變化,以釐清微接點受到破壞的反應機制。實驗發現電流效應除了會加速金鋁微接點的退化外,還會有電化腐蝕的現象發生。並且在IC的負極會比正極出現更嚴重的退化情形。
在溴系、磷系阻燃劑對金鋁微接點之影響的研究方面,實驗利用4,4-Isopropylidenebis(2,6-dibromophenol)及無機磷(inorganic phosphorus)作為溴離子及紅磷粒子的來源,藉著高溫可靠度測試(HTSL, High Temperature Storage Life)加速反應,電子微探儀(EPMA)WDS定性定量分析來觀察溴離子與金鋁介金屬化合物(Intermetallic compound)間的腐蝕反應及紅磷粒子因Cu migration而產生的相變化,以釐清微接點受到破壞的反應機制。實驗發現溴離子的存在將導致介金屬化合物Au4Al及Au5Al2產生劇烈的退化反應而形成Au含量相當高的通道及結構鬆散的富鋁組織,並從中產生裂縫(crack)而導致微接點的失效。然而紅磷粒子與Cu原子化合將生成Cu3P及CuP2這兩種介金屬相而導致IC短路(short circuit failure),進而使晶片損壞。
目錄
論文提要
圖目錄I
附 錄IV
壹、前言1
1-1 研究背景1
a. 金鋁微接點2
b. Au-Al間介金屬化合物的成長機制3
1-2 封裝樹脂與阻燃劑之關係5
a. 鹵素阻燃劑6
b. 含磷阻燃劑6
1-3 溴系阻燃劑對塑膠封裝可靠度之影響8
a. 溴離子的來源8
b. 離子於封裝體內的傳輸途徑8
c. 溴離子對金鋁微接點的腐蝕行為9
1-4 磷系阻燃劑對塑膠封裝可靠度之影響 10
a. Cu atom的來源及傳輸途徑 11
b. Cu-P介金屬化合物的生成及其對IC可靠度之影響 11
貳、實驗方法 13
2-1 高溫時效處理及電流效應對金鋁微接點之影響 13
a. 實驗目的 13
b. 試片分類及時效處理 13
c. 試片製作 14
d. 試片分析 15
2-2溴系、磷系阻燃劑對塑膠封裝可靠度影響之研究 16
a. 實驗目的 16
b. 試片分類及時效處理17
c. 試片製作17
d. 試片分析18
參、結果18
3-1高溫時效處理及電流效應對金鋁微接點之影響18
a. 高溫時效下金鋁微接點間intermetallic相變化分析18
b. 電流效應對金鋁微接點之影響20
3-2 溴系、磷系阻燃劑對塑膠封裝可靠度影響之研究21
a. 溴離子對微接點內部所造成的影響21
b. 溴離子對Au-Al介金屬相的腐蝕行為21
c. 紅磷粒子因Cu migration所產生的相變化22
肆、討論23
4-1 高溫時效處理及電流效應對金鋁微接點之影響23
a. 封裝樹脂對金鋁微接點之影響23
b. 電流效應對金鋁微接點之影響23
4-2 溴系、磷系阻燃劑對塑膠封裝可靠度影響之研究24
a. 遭受溴離子侵蝕之金鋁微接點間介金屬相變化分析24
b. 遭受溴離子侵蝕之intermetallic phase分析25
c. 溴離子對金鋁微接點內部所造成的退化機制27
d. 溴、氯離子對金鋁微接點內部所造成影響的差異性28
e. 紅磷粒子中的相變化分析29
伍、結論31
陸、參考文獻32
圖目錄
Fig.1 A short-circuit failure sample after HTSL test at 185 ℃
for 800 hrs35
Fig.2 The sketch diagram of copper migration and reaction35
Fig.3 T175P 試片經短/長期高溫時效處理後之Cross section morphology36
Fig.4 T205P 試片經短/長期高溫時效處理後之Cross section morphology37
Fig.5 T175N 試片經短期高溫時效處理後之 (a) Cross section
(b) Ball bond surface morphology38
Fig.6 T175N試片經長期高溫時效處理後之Cross section morphology39
Fig.7 T175E 試片經電流及高溫時效處理後之Cross section morphology40
Fig.8 T175Br 試片經短期高溫時效處理後之Cross section
  morphology41
Fig.9 T175Br 試片經長期高溫時效處理後之Cross section morphology42
Fig.10 T205Br 試片經短期高溫時效處理後之Cross section morphology43
Fig.11 T205Br 試片經長期高溫時效處理後之Cross section 
morphology44
Fig.12 (a) Au4Al (b)Au5Al2 phase 經高溫時效處理(205℃,120hrs)
後之BEI Cross section morphology45
Fig.13 高溫時效處理後,(a)wire edge(b)lead frame edge 未反應
紅磷之SEI Cross section morphology46
Fig.14 高溫時效處理後,(a)wire edge(b)lead frame edge 已反應紅磷
之SEI Cross section morphology47
Fig.15 T205RP及T175RP試片高溫時效處理後,之SEI Cross section
morphology48
Fig.16 T175E331h 試片利用power supply通以電流0.2A之示意圖及
高溫時效處理後之morphology49
Fig.17 T175E331h(a)正極(b)負極試片之介金屬相WDS成份
定量分析50
Fig.18 T175E345h(a)正極(b)負極試片之介金屬相WDS成份
定量分析51
Fig.19 T205Br240h試片經高溫時效處理後之BEI Cross section morphology及(a)Au, Al(b)Au,Al,Cu 元素WDS區域掃描52
Fig.20 T205Br240h(a)Normal(b)Cu migration 試片之介金屬相
WDS成份定量分析53
Fig.21 T205P716h試片之BEI Cross section morphology及介金屬相
WDS成份定量分析54
Fig.22 (a) Au4Al (b) Au5Al2 phase 經高溫時效處理(250℃,528hrs)
後之BEI Cross section morphology55
Fig.23 Au4Al介金屬相經有機溴化物塑料處理後(a)熱處理前(b)熱處
理後(250℃,528hrs)之X-ray diffraction pattern56
Fig.24 Au5Al2介金屬相經有機溴化物塑料處理後(a)熱處理前(b)熱處
理後(250℃,528hrs)之X-ray diffraction pattern57
Fig.25 (a) Au4Al及(b) Au5Al2試片經高溫時效(205℃,480hrs)
處理後之Au, Al元素WDS區域掃描58
Fig.26 (a) Au4Al及(b) Au5Al2試片經高溫時效(205℃,480hrs)處理後
之介金屬相WDS成份定量分析59
Fig.27 (a) Au4Al及(b) Au5Al2試片經高溫時效(205℃,240hrs)處理後
之介金屬相WDS成份定量分析60
Fig.28 文獻上對Au4Al產生的corrosion layer之TEM micrograph and
diffraction pattern~Ohno(12)61
Fig.29 溴離子侵蝕Au4Al phase的corrosion reaction示意圖62
Fig.30 T175Br試片經高溫時效後之ball edge morphology63
Fig.31 高溫時效下,金鋁接合部遭溴離子侵蝕的退化示意圖64
Fig.32 相同溫度及時效下,金鋁接合部遭(a)溴離子(b)氯離子侵蝕
之Cross section morphology65
Fig.33 T205P100h 試片再經碘蒸氣處理(a)before etching (b)after
etching 之BEI Cross section morphology66
Fig.34 T175RP1176h試片之Cu, P, Ag元素WDS定性分析67
Fig.35 T175RP1176h試片之intermetallic phase WDS
成份定量分析68
Fig.36 T205RP768h試片之Cu, P, Ag元素WDS line scan69
Fig.37 T205RP768h 試片之Cu, P, Ag 元素WDS mapping70
Fig.38 T205RP768h 試片之Cu, P, Ag 元素WDS mapping71
附 錄
圖a Au-Al binary phase diagram72
圖b Cu-P binary phase diagram73
圖c Ag-P binary phase diagram74
圖d Au-Cu binary phase diagram75
圖e Al-Cu binary phase diagram76
圖f JCPDS CARD 29-3677
圖g JCPDS CARD 32-1477
圖h JCPDS CARD 4-078477
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