熱壓非導電膠製程之銲錫接合行為分析

Abstract

由於市場與產品?能需求，半導體產業正逐漸發展3D IC封裝技術，並使用熱壓接合技術取代傳統的覆晶迴焊接合，其中熱壓非導電膠製程(Thermal Compression Non-conductive Paste TCNCP)被視為能提供高接點密度電子元件的接合技術之一，本研究試著探討此接合技術的銲錫接合以及界面反應行為。 本研究內容包含分析銲錫接合行為以提供設定製程條件之參考，並藉所獲之較佳製程條件製作的試片，分析此製程技術之銲錫界面反應行為。研究過程觀察使用不同物理特性之非導電膠於接合後的銲錫接點形貌，並比對非導電膠的物理特性，以了解造成銲錫接合效果差異之原因，比對結果顯示凝膠化溫度較高的非導電膠可以增進銲錫與銅導線接合的效果；本研究也探討Ar/O2電漿及鹽酸、甲酸處理等方式清除銅導線表面的有機保焊劑(Organic Solderability Preservative OSP)表面保護層，以增進銅導線與銲錫的接合效果。銲錫界面反應則藉由電子顯微鏡以及能量分散能譜(SEM-EDX)分析熱壓接合之銅柱/銅導線(Cu pillar/Cu trace)與銲錫的反應行為，分析結果顯示界面生成厚度均勻的Cu3Sn層，然而非導電膠所含的填充物顆粒(Filler)殘留於銅導線，似會抑制銅導線與銲錫之間的Cu6Sn5成長；本研究進一步探討經過預處理測試(Pre-condition Test)與熱循環測試(Thermal Cycle Test)等條件對於界面反應的影響，經過預處理測試之後，銅柱/銅導線兩端的溫度差會造成Cu6Sn5及Cu3Sn的不對稱成長；熱循環測試過程中，銅柱/銅導線兩端的Cu6Sn5與銅反應而促使Cu3Sn成長，然而銅導線端之銅原子因熱遷移擴散至銅柱端，與銲錫持續反應生成Cu6Sn5，因此銅柱端的Cu6Sn5及Cu3Sn同時增厚。

Date of Award	2014 Aug 24
Original language	Chinese
Supervisor	Kwang-Lung Lin (Supervisor)