釬料凸點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)電遷移可靠性研究.pdf

1、申請上海交通大學(xué)博士論文釬料凸點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)電遷移可靠性研究學(xué)科專業(yè)：材料加工工程指導(dǎo)教師：陸?zhàn)┙淌诓┦可河啻荷虾＝煌ù髮W(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2009年1月上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文I釬料凸點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)電遷移可靠性研究釬料凸點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)電遷移可靠性研究摘要近年來，高端電子產(chǎn)品（計(jì)算機(jī)、手機(jī)等）的高性能化和微型化發(fā)展趨勢對集成電路的設(shè)計(jì)和封裝提出了越來越高的要求。凸點(diǎn)互連，如FlipChip(FC)，BallGridArray(BGA)，ChipS

2、calePackage(CSP)等是實(shí)現(xiàn)密集型、多IO端口集成電路的主要封裝工藝之一。凸點(diǎn)互連工藝使用的連接材料為釬料，其成分逐漸從SnPb合金向無鉛Sn基合金過渡。傳統(tǒng)的SnPb合金釬料在電流載荷作用下會(huì)發(fā)生電遷移失效（EM），對集成電路的可靠性造成了極大的威脅。因此，合金釬料電遷移問題成為過去10年封裝技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。無鉛釬料出現(xiàn)后，電遷移問題仍然引起了廣泛的關(guān)注。特別是隨著互連結(jié)構(gòu)尺寸持續(xù)減小，工作電流不斷增加的發(fā)展趨

3、勢，無鉛釬料接頭的電遷移失效現(xiàn)象不容忽視。根據(jù)凸點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了Cu釬料Cu（釬料為Sn37Pb，Sn0.5Cu，Sn3.5Ag和Sn3.0Ag0.5Cu）三明治接頭，在1103Acm260℃條件下進(jìn)行了EM加速實(shí)驗(yàn)。電遷移過程采用數(shù)字萬用表進(jìn)行監(jiān)測。同時(shí)，采用掃描電鏡（SEM）分析了EM階段接頭反應(yīng)界面的微觀組織形貌及演變，界面相成分采用電子探針（EPMA）和能譜儀（EDS）分析。同時(shí)，引入有限元方法分析了焊點(diǎn)中的電流密度

4、分布和元素濃度分布，通過改變凸點(diǎn)互連的幾何結(jié)構(gòu)和材料屬性，定性的研究了影響電流塞積的主要因素。最后，采用第一性原理方法，從電子結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散激活能等方面分析了合金元素對Sn基釬料EM的影響。主要結(jié)論如下：1在相同載荷和結(jié)構(gòu)條件下，Sn37Pb釬料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的EM壽命明顯不如SnTM（TM=Cu或和Ag）。187小時(shí)后，前者的陰極Cu6Sn5釬料界面出現(xiàn)了尺寸超過10μm的空洞，空洞的尖端位于Cu6Sn5釬料界面；在陽極則出現(xiàn)Pb的富集層。經(jīng)過