跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(35.172.136.29) 您好!臺灣時間:2021/08/02 04:23
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:黃雄年
研究生(外文):Hsiung-Nien Huang
論文名稱:覆晶銲料的電子遷移研究
論文名稱(外文):Study on Electromigration of Flip-Chip Solder Interconnect
指導教授:任明華任明華引用關係
指導教授(外文):Ming-Hwa Jen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:電子遷移銲錫凸塊覆晶封裝
外文關鍵詞:electromigrationsolder bumpFlip-Chip packages
相關次數:
  • 被引用被引用:4
  • 點閱點閱:248
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
在不斷極小化積體電路元件的趨勢下,覆晶封裝銲錫凸塊的電流密度明顯增大許多,而每個銲錫接頭承受的電流密度可能高達104 A/cm2左右,因此在共晶錫鉛銲料中由於本身的熔點低,在使用溫度時具有高擴散性,造成的電子遷移現象視為可靠度之最主要威脅。
本論文的研究目的主要在探討覆晶封裝共晶錫鉛銲錫凸塊在高電流密度作用下電子遷移效應對其可靠度的影響。本實驗是在電流密度為2×104 A/cm2、1.5×104 A/cm2,晶片表面溫度115℃、95℃的狀況下實驗,測量銲錫凸塊溫度,觀察銲錫凸塊的電阻值變化和平均失效時間,並利用電子顯微鏡及附加能量分析光譜儀觀察拍攝破壞機構。
由實驗的結果得知,在通電流實驗中失效時間較短的試片其銲錫凸塊的主要失效原因是因為電子遷移效應在UBM和銲錫凸塊接觸介面(陰極)產生孔洞而造成,而時間愈久其失效的原因除了電子遷移效應外還會伴隨著熱負載的影響。
As the trend of miniaturization of complex integrated circuit(IC) devices, the current density of flip-chip solder bumps have increased significantly and each solder joint is supporting a current density close to or even over 104 A/cm2 .Therefore, in SnPb eutectic solder, which has a high diffusivity at the operating temperature due to its low melting point, the electromigration becomes a major reliability threat.

Thus, the thesis is aimed to investigate the effects of electromigration behavior on flip-chip package eutectic Sn-Pb solder bumps reliability under high current density. The current densities are 2x104 A/cm2 and 1.5x104 A/cm2,the surface of die temperatures are 115℃and 95℃.The bump temperature, the histories of the bump resistance, and mean time to failure (MTTF) testings were conducted. The failure mechanism was observed through SEM and EDS.

From the results of the experiment, the dominant failure mode of the bump is due to electromigration behavior that causes voids at UBM/bump interface (cathode) when the sample’s failure time is shorter. As the failure time is longer, the failure is also resulted from heat effect in addition to electromigration behavior.
目錄……………………………………………………………………. .I
表目錄…………………………………………………………………..IV
圖目錄…………………………………………………………………...V
中文摘要………………………………………………………………...X
英文摘要…………………………………………………………......XI
第一章 緒論…………………………………………………….……….1
1-1 前言………………………………………………..……….……..1
1-2 文獻回顧…………………………………………….……….…….2
1-3 研究動機和目的……………………………………….……….….6
1-4 組織與章節……………………………………………….………..7
第二章 覆晶封裝和電子遷移現象概述………………………………..8
2-1 微電子封裝簡介……………………………………………..…….8
2-2 覆晶封裝技術介紹……………………………………………....10
2-3 電子遷移………………………………………………………....12
2-3-1 電子遷移的概述…………………………………………......12
2-3-2 電子遷移的原理…………………………………………......13
2-3-3 焦耳熱效應………………………………………………......15
2-3-4 平均失效時間……………………………………………......15
2-4 Weibull分佈……………………………………………………...16
2-4-1 Weibull分佈介紹…………………………………………...…16
2-4-2 Weibull參數求法…………………………………………...…18
2-4-3 故障形態的種類…………………………………………......19
2-4-4 Weibull雙參數的物理意義………………………………...…20
第三章 實驗工作…………………………………………………….…25
3-1 實驗規劃………………………………………………………....25
3-2 實驗用試片介紹………………………………………………....26
3-3儀器設備…………………………………………………………...27
3-4 實驗的前置工作………………………………………………....27
3-4-1 試片組裝…………………………………………………......28
3-5 試片通電流實驗………………………………………………....30
3-6 試片失效模式分析……………………………………………....31
第四章 實驗結果與討論…………………………………………….…41
4-1 銲錫凸塊溫度量測結果………………………………………....41
4-2銲錫凸塊和鋁導線電阻的量測和計算………………………...…42
4-3電阻失效歷程…………………………………………………...…44
4-3-1電阻失效歷程的觀察現象描述…………………………….....44
4-3-2電子流方向對於銲錫凸塊失效的影響…………………….....45
4-3-3 電流密度和溫度對於線路失效機率的影響……………......47
4-4 通電流實驗壽命的Weibull分析………………………………...48
4-4-1 電流密度和銲錫凸塊溫度對平均失效時間的影響……......49
4-5 失效分析………………………………………………………....50
4-6計算Black’s Equation參數……………………………………..53
第五章 結論與未來展望…………………………………………….…80
參考文獻………………………………………………………………..82
1.I. A. Blech, ”Electromigration in thin aluminum films on titanium nitride ”, J. Appl. Phys., Vol 47, pp. 1203-1208, 1976.

2.J. R. Lloyd, “Electromigration in thin film conductors” Semicond. Sci. Technol., pp. 1177-1185, 1997.

3.K.N. Tu, “Electronic Thin Film Science for Electrical Engineers and Materials Scientists”, New York, Macmillan, 1992.

4.王祥文,”電遷移效應對錫微結構影響之探討”,國立中央大學化學工程與材料工程研究所碩士論文, 2002。

5.J. R. Black, “Mass Transport of an Aluminum by Momentum Exchange with Conducting Electrons”, IEEE/IRPS International Reliability Physics Symposium, 1967 6th Annual Proceeding, pp.148-159, April 1967.

6.S. Brandenberg, and S. Yeh, “Electromigration Studies of Flip Chip Bump Solder Joints”, Surface Mount International Conference and Exposition, SMI98 Proceedings, pp. 337-344, 1998.

7.“Assembly and Packaging”, The International Technology Roadmap for Semiconductors, Semiconductor Industry Association, San Jose, CA , p.223, 1999 Edition.

8. C. Y. Liu, C. Chen, C. N. Liao, and K. N. Tu, “Microstructure- electromigration correlation in a thin stripe of eutectic SnPb solder stressed between Cu electrodes”, Appl. Phys. Lett.,Vol.75, pp. 58-60, 1999.

9. C. Y. Liu, C. Chen, and K. N. Tu, “Electromigration in Sn–Pb solder strips as a function of alloy composition”, J. Appl. Phys., Vol .88, pp. 5703-5709, 2000.

10. T. Y. Lee, and K. N. Tu, “Electromigration of eutectic SnPb solder interconnects for flip chip technology”, J. Appl. Phys., Vol.89, pp. 3189-3194, March 2001.

11. Q. T. Huynh, C. Y. Liu, Chih Chen, and K. N. Tu, “Electromigration in eutectic SnPb solder lines”, J. Appl. Phys., Vol. 89, pp. 4332-4335, April 2001.

12. K. Nakagawa, S. Baba, M. Watanabe, H.Matsushima, K.Harada, E. Hayashi, Q.Wu,Maeda, M.Nakanishi, N.Ued, ”Thermal- Electromigration Phenomena of Solder Bump, Leading to Flip-Chip Devices with 500 Bumps,” Electronic Components and Technology Conference, IEEE Proceedings, 2001.

13. Y-C Hsu,T-L Shao and Chih Chen, ”Electromigration Induced Failure in SnAg3.8Cu0.7 Solder Joints for Flip Chip Technology” Int’l Symposium on Electronic Meterials and Packaging, IEEE, pp.287, 2002.

14. J.D. Wu, P.J. Zeng, Kelly Lee, C.T. Chiu, and J.J. Lee, “Electromigration Failures of UBM/Bump Systems of Flip-Chip Packages”, Electronic Components and Technology Conference, IEEE Proceedings, pp. 452-457, 2002.

15. S. Y. Jang , J. Wolf, W. S. Kwon, K. W. Paik, “UBM (Under Bump Metallization) Study for Pb-Free Electroplating Bumping : Interface Reaction and Electromigration”, Electronic Components and Technology Conference, IEEE Proceedings, pp. 1213-1220 , 2002.

16. W.J. Choi, E.C.C. Yeh, and K.N. Tu, ”Electromigration of Flip Chip Solder Bump on Cu/Ni(V)/Al Thin Film Under Bump Metallization,” Electronic Components and Technology Conference, IEEE Proceedings, pp. 1201-1205, 2002.

17. T. Y. Tom Lee, T. Y. Lee, and K. N. Tu, “A Study of Electromigration in 3D Flip Chip Solder Joint Using Numerical Simulation of Heat Flux and Current Density”, Electronic Components and Technology Conference, pp. 558-563, Orlando, FL, US, June 2001.

18. C. C. Yeh, W. J. Choi, and K. N. Tu, “Current-Crowding-Induced Electromigration Failure in Flip Chip Solder Joints”, J. Appl. Phys., Vol. 80, pp. 580-582, Jan. 2002.

19.黃家緯,“析鍍條件對銲錫隆點底層金屬無電鍍鎳之成長與擴散障礙行為之影響”,國立成功大學材料工程研究所碩士論文, 2000。

20. J. Lau, C. P. Wong, J. L. Prince, W. Nakayama, Electronic Package Design, Materials, Process, And Reliability, (McGraw-Hill), 1998.

21.羅金龍,” 58Bi-42Sn無鉛銲料與球矩陣封裝中Au/Ni/Cu墊層界面反應之研究”,國立中央大學化學工程與材料工程研究所碩士論文,2001。

22.P. A. Totta and R. P. Sopher, IBM J. Res. Dev., Vol 13, pp. 226-238, 1969.

23.H. Gan, G. Xu and K. N. Tu, “Unique Phase Changes Induced by Electromigration (EM) in Solder Joints”, Electronic Components and Technology Conference, IEEE Proceedings, pp. 71-76, 2003.

24.陳志銘,” 電遷移對無鉛銲料與基材界面反應之影響”,國立清華大學化學工程研究所博士論文,2002。

25.V. B. Fiks, Soviet Physics – Solid State, Vol. 1, pp. 14-28, 1959.

26.H. B. Huntington and A. R. Grone, Journal of Physics and Chemistry of Solids , Vol. 20, pp. 76-87, 1961.

27.C. Bosvieux and J. Friedel, Journal of Physics and Chemistry of Solids, Vol. 23,pp. 123-136, 1962.

28. R. S. Sorbello, Journal of Physics and Chemistry of Solids, Vol. 34, pp. 937-950, 1973.

29. K. N. Tu, J. W. Mayer, and L. C. Feldman, Electronic Thin Film (Science Macmillan), New York, Ch. 14, 1992.

30. J. R. Black, “Electromigration-A brief survey and some recent results”, IEEE trans. Electron Devices, 1969.

31. J. R. Black, “Physis of Electromigration”, IEEE Proceedings, 1983.

32. http:// www.weibull.com

33.陳耀茂,”可靠度工程-方法與應用”,五南圖書出版書局,2001。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 鄭富森(1999)〈目前教學評量之省思與改進之道〉,《教師天地》第99期,頁18-24。
2. 劉湘川(1998)〈多元化評量系統簡介〉,《北縣教育》第25期,頁38-45。
3. 劉弘煌(2000)〈社區資源的開拓、整合與分配〉,《社區發展季刊》第89期,頁35-51。
4. 蔡清田(2001)〈教師如何進行教育行動研究:「教師即研究者」的理想與實踐〉,《國教之友》第53卷第3期,頁3-18。
5. 簡後聰(1997)〈社區資源與學校教育〉,《教師天地》第86期,頁16-21。
6. 鄒慧英(2000)〈多元化的檔案評量〉,《國教之友》第52卷第1期,頁16-23
7. 盧玉琴(2001)〈合作學習成就了我們--記學習六上社會科的歷程〉,《國教之友》第53卷第3期,頁54-62。
8. 齊若蘭(2004)〈國際化教育,世界即校園〉《天下雜誌》第311期,頁34-41。
9. 游家政(1997)〈社區資源在教學上的運用〉,《國教園地》第59/60期,頁63-69。
10. 游進年(2000)〈小班教學與多元評量〉,《人文及社會學科教學通訊》第11卷第4期,頁52-63。
11. 黃朝恩(1994)〈主題分析法在鄉土地理教學上的運用〉,《地理教育》第20期,頁277-285。
12. 黃朝恩(1999)〈地理教學與環境教育的融合〉,《人文及社會學科教學通訊》第9卷第6期,頁43-57。
13. 黃朝恩(2000)〈教改聲中談地理能力的養成〉,《人文及社會學科教學通訊》第10卷第6期,頁6-19。
14. 單文經(1998)〈評介二種多元評量:真實評量與實作評量〉,《北縣教育》第25期,頁46-52。
15. 陳皎眉(2000)〈社會福利新紀元:談結合社區資源推動社會福利事業〉,《社區發展季刊》第89期,頁22-34。