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研究生:趙惠月
研究生(外文):Chao,Hui-yeh
論文名稱:銅導柱中不同錫銀焊錫高度之可靠度研究
論文名稱(外文):Relibility test for different Solder (SnAg)height on copper pillar
指導教授:吳耀銓
指導教授(外文):Wu,Yew-chung
口試委員:潘扶民陳智
口試委員(外文):Pan,Fu-MingChen,Chih
口試日期:2017-07-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:工學院半導體材料與製程設備學程
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:銅導柱多次迴焊溫度循環高溫儲存介金屬化合物
外文關鍵詞:Cu pillar bumpMulti reflowTemperature cycle testHigh temperature storageIntermetallic compounds
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在本研究中,探討銅導柱(Cu/Ni/SnAg)中不同錫銀焊錫高度(16/19/28um-SnAg) 經過2600C多次迴焊、-65~1500C溫度循環、1500C高溫儲存及高溫、高壓、高濕(1300C,85RH%,230kPa)等可靠度測試後,觀察介金屬化合物之微結構變化,比較三種不同錫銀厚度的介金屬成長速率,並進行錫銀及銅的推力測試,觀察比較推力值及其破裂面和橫斷面(Cross-section),並探討介金屬厚度對抗剪強度(Shear strength)的影響。
經過高溫測試,隨著測試次數及時間增加,三種不同錫銀厚度的介金屬化合物厚度都增加了。以SEM觀察到的微結構剖面圖,介面間未發現破裂,裂縫,分層,孔洞產生。Cu-30μm/Ni-3μm/SnAg-28μm在2600C多次迴焊下,介金屬化合物Ni3Sn4成長速率常數為0.0792μm /reflow times,在溫度循環測試之IMC成長速率常數為7.0x10-4μm /cycle,在高溫儲存之IMC成長速率常數為6.42x10-2μm /hr1/2。
不同的錫銀焊錫高度試片,經過可靠度的測試後,雖然錫銀厚度不同,但IMC成長趨勢相同,推力測試錫銀結果,趨勢也是相同的,利用光學顯微鏡觀察錫銀剪力測試破裂面,可發現所有的破裂機構全發生在錫銀銲錫內部之延性破裂,並沒有出現任何異常的脆性破裂機構。測試其電鍍銅剪力強度,銅的推力測試結果並沒有因CuNiSnAg總體積及總高度改變而有所差異,利用光學顯微鏡觀察銅剪力測試破裂面,可發現所有的破裂機構全發生在銅破裂。
The effect of IMC thickness on shear strength for Cu/Ni/SnAg pillar bump with different SnAg solder height (16/19/28um-SnAg) after different reliability test was discussed in this study. Besides, the IMC microstructure changing, growth rate, shear strength, fracture surface and cross-section was discussed after 2600C multi reflow,-65~1500C temperature cycle test, 1500C high temperature storage and high temperature/pressure/humidity (1300C,85RH%,230kPa) test.
After reliability test, no void, crack or delamination was found at interface by SEM inspection. The IMC thickness was increased with time and cycle. After 2600C multi reflow, the Ni3Sn4 growth rate was 0.0792μm /reflow times for Cu-30μm/Ni-3μm/SnAg-28μm Cu pillar bump. Besides, the Ni3Sn4 growth rate was 7.0x10-4μm /cycle & 6.42x10-2μm /hr1/2 for Cu-30μm/Ni-3μm/SnAg-28μm Cu pillar bump after temperature cycle & high temperature storage, respectively.
The Ni3Sn4 growth rate was similar between different SnAg solder height sample after reliability test. The shear strength of SnAg solder was also similar and the fracture surface was in solder (ductility fracture) between different SnAg solder height sample after reliability test. The shear strength of Cu pillar was no significant difference even in different SnAg solder height sample after reliability test. The fracture surface was all in Cu by OM inspection.
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
第一章 緒論 1
1-1銅導柱背景回顧及其應用 1
1-2積體電路晶片連接方式 2
第二章 銅導柱可靠度之研究 11
2-1可靠度測試 11
2-2可靠度測試的失效評估方法 12
2-3介面反應 12
2-4 研究動機 12
2-5文獻回顧 13
第三章實驗方法 15
3-1試片製備 15
3-2測試條件 15
3-3分析試片的製備 16
3-4分析工具 17
第四章結果與討論 24
4-1三種試片經過多次迴銲後的介金屬化合物的成長速率計算 24
4-2三種試片經過多次迴銲後的剪力值及破裂面分析 25
4-3三種試片經過溫度循環測試後的介金屬化合物的成長速率計 26
4-4三種試片經過溫度循環測試後剪力值及破裂面分析 27
4-5三種試片經過高溫儲存測試後的介金屬化合物的成長速率計算 29
4-6三種試片經過高溫儲存測試後剪力值及破裂面分析 30
4-7三種試片經過高濕高溫高壓(1300C,85RH%,230kPa,96hrs)儲存測試後的介金屬化合物的成長 31
4-8三種試片經過高濕高溫高壓儲存測試後剪力值及破裂面分析 32

第五章結論 69
5-1不同的錫銀焊錫高度試片,經過可靠度測試之介面反應 69
5-2不同的錫銀焊錫高度試片,經過可靠度測試後之錫銀推力測試 ...69
5-3不同的錫銀焊錫高度試片,經過可靠度測試後之銅推力測試 70
參考文獻 71
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