局部溫度控制下電遷移對覆晶封裝中UBM消耗及其失效機制研究

隨著電子元件的構裝密度不斷提高以及不斷朝向高功能,微型化發展,覆晶封裝(Flip-Chip package)技術已成為半導體工業中高階電子元件,如CPU,GPU ( 繪圖晶片 )的主流封裝技術. Skipnavigation NTUThesesandDissertationsRepository 工學院 材料科學與工程學系 請用此HandleURI來引用此文件： http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/22409 標題: 局部溫度控制下電遷移對覆晶封裝中UBM消耗及其失效機制研究StudyofUBMConsumptioninFlipChipSolderJointswithLocalTemperatureControl 作者: Ting-LiYang楊挺立 指導教授: 高振宏 關鍵字: 覆晶封裝,電遷移,熱遷移,金屬間化合物,FlipChipElectromigration,Thermomigration,IntermetallicCompound, 公開日期: 2010 學位: 碩士 摘要: 隨著電子元件的構裝密度不斷提高以及不斷朝向高功能、微型化發展，覆晶封裝（Flip-Chippackage）技術已成為半導體工業中高階電子元件，如CPU、GPU(繪圖晶片)的主流封裝技術。

近年來覆晶銲點的直徑以及間距(Pitch)不斷縮小，導致通過覆晶銲點的電流密度持續攀升，而高電流密度所引發之電遷移現象將使得作為晶片與基板連接線路的銲點成為相對脆弱的接點，進而影響覆晶元件的可靠度。

因此，電遷移效應已成為高階電子元件可靠度的重要研究內容之一。

電遷移效應中「電流密度」與「溫度」兩大因素，對覆晶封裝的失效機制而言一直是相當重要並難以分開討論。

許多研究此兩大因素的電遷移文獻中，大多以固定電流密度，改變不同環境溫度來進行研究，鮮少能在固定晶片溫度下，進行不同電流密度間的探討。

本研究透過良好的溫度控制系統，以強制對流的方式解決了因高電流密度所造成的大量焦耳熱並成功將晶片端溫度予以控制，試圖將「熱遷移」效應從高電流密度加速測試中降至最低。

本研究所使用之覆晶銲點結構為Al導線/Ti(1K)/Cu(2K)/Cu(8μm)/Sn2.6Ag/Cu/Cu導線，所施加之電流密度分別為3.5×104A/cm2、4.5×104A/cm2、5.5×104A/cm2，並將晶片端溫度控制於50℃。

針對加裝與未加裝溫度控制系統的覆晶元件實驗結果比較發現，在恆溫控制下不僅能延長覆晶銲點之壽命(超過1500小時)，更發現與過去「高溫」通電加速測試中截然不同的界面形貌，本論文也試圖對此一特殊界面形貌的分佈、形狀與形成原因加以探討、解釋。

Withtherequirementfordecreasingpackagingsizeandincreasingquantityforinterconnectefficient,flipchippackagehasbecomeapredominanttechnologyforCPUandGPU…Theminiaturizationofbumppitchalwaysaccompanytheriseofinterconnectcurrentdensity,anditwillmadethesolderjointofthedeviceaweaklyspot,whichmakesthesubsequentelectromigrationphenomenoncannotbeignored. Currentdensityandtemperaturearetwokeyeffectsinflipchipelectromigrationstudy,anditisveryimportantandhardtoseparatetodiscuss.Inthepastfewyears,manystudieswerecarriedouttoinvestigatethereliabilityofsolderjointsundertheconditionofthesamecurrentdensitybutvariedambienttemperature.However,therewerefewstudiescansuccessfullyinvestigatetheconditionoffixedchiptemperaturebutvariedcurrentdensity.Inthisresearch,atemperaturecontrolsystem,employingforcedfluidconvection,wasadoptedtoseparatethermomigrationandelectromigrationeffectinflipchipsolderjoints.Withthistemperaturecontrolsystem,thedietemperaturecanbepreciselyfixedat50℃underdifferentcurrentdensity(3.5×104A/cm2、4.5×104A/cm2、5.5×104A/cm2).TheconfigurationofflipchipsolderjointinthisresearchisTi(1K)/Cu(2K)/Cu(8μm)/Sn2.6Ag/Cu.Andtheexperimentalresultsshowedthattemperaturecontrolsystemcouldprolongthelifeofsolderjointsevenunderextrahighcurrentdensity(over1860h).Resultsalsoindicateanunique“sawtooth-type”CuUBMmorphologywasretainedatthecathode/chiporsubstratesideduringhighcurrentstressingcomparedwiththepastacceleratedtests.Thisthesiswilldiscussthemorphologyandshapeofthisunique“sawtooth-type”CuUBMmorphology,andgivesomepossiblereasonsfortheformationofthisuniquemorphology. URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/22409 全文授權: 未授權 顯示於系所單位：材料科學與工程學系 文件中的檔案： 檔案 大小格式  ntu-99-1.pdf 作者未授權公開取用16.41MBAdobePDF 顯示文件完整紀錄 系統中的文件，除了特別指名其著作權條款之外，均受到著作權保護，並且保留所有的權利。