釬料凸點互連結構電遷移可靠性研究.pdf

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

2、calePackage(CSP)等是實現密集型、多IO端口集成電路的主要封裝工藝之一。凸點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年封裝技術領域研究的熱點問題之一。無鉛釬料出現后，電遷移問題仍然引起了廣泛的關注。特別是隨著互連結構尺寸持續(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象不容忽視。根據凸點互連結構的特點，本文設計了Cu釬料Cu（釬料為Sn37Pb，Sn0.5Cu，Sn3.5Ag和Sn3.0Ag0.5Cu）三明治接頭，在1103Acm260℃條件下進行了EM加速實驗。電遷移過程采用數字萬用表進行監(jiān)測。同時，采用掃描電鏡（SEM）分析了EM階段接頭反應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，引入有限元方法分析了焊點中的電流密度

4、分布和元素濃度分布，通過改變凸點互連的幾何結構和材料屬性，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，從電子結構、擴散激活能等方面分析了合金元素對Sn基釬料EM的影響。主要結論如下：1在相同載荷和結構條件下，Sn37Pb釬料凸點結構的EM壽命明顯不如SnTM（TM=Cu或和Ag）。187小時后，前者的陰極Cu6Sn5釬料界面出現了尺寸超過10μm的空洞，空洞的尖端位于Cu6Sn5釬料界面；在陽極則出現Pb的富集層。經過