精微銀合金導線之介金屬化合物成長及通電拉伸沿晶破壞動力學與機制探討

Translated title of the thesis: On the Kinetics and Mechanism of IMC Growth and Electrified Tensile Intergranular Fracture of Fine Silver Alloy Wires
  • 薛 皓文

Student thesis: Doctoral Thesis

Abstract

  在現今微電子封裝中,主要以Ag基與Cu基導線作為打線接合的導線材料,然而針對Ag基導線的研究較少,因此本研究將以精細微米級Ag合金導線作為主要材料,探討其兩個主要的可靠度問題,一為介金屬化合物(Intermetallic compound IMC)的成長特性,二為電流破壞行為。其中電流破壞行為又分為純電流的破壞行為與通電拉伸試驗(Dynamic current tensile test DCT test)。   針對Ag合金(Au = 8 wt%; Pd = 3 wt%)微細導線進行高溫儲存壽命試驗(0-1 000 hr)後,利用選區繞射鑑定Ag合金導線與Al膜間生成了Hexagonal的IMC。主要擴散路徑為Ag及Al的互相擴散,Ag合金線中Au及Pd的擴散到Al中的現象並不顯著,Pd亦具有阻擋Al繼續向上擴散的?能,但是Ag持續向下擴散,造成IMC上方出現Kirkendall voids。介金屬化合物層主要分為三層,分別是位於接合介面下層IMC的Ag2Al、接合介面上層IMC的(Ag Au Pd)2Al及最上層約200nm厚的細晶薄層,此薄層之是Pd-rich的相,能有效抑制Al向上擴散,使IMC無法繼續增加厚度。   逐漸加大通入Ag-8Au-3Pd微細線材的電壓電流,研究過量電流對於線材的影響。電流產生的焦耳熱將促使晶粒逐漸成長至竹節狀晶粒,減少晶界數量並降低線材電阻。此外,亦發現在18-50 μm的線徑下,熔斷電流與線徑的關係也呈現線性關係。   在通電過程中進行拉伸試驗稱為通電拉伸實驗。實驗中發現,大量電流的影響下會使得線材強度及延展性同時下降,其中以Ag基導線較為嚴重,主因為電遷移造成孔洞與裂縫同時產生,此時導入應變將使孔洞與裂縫持續成長,使晶界弱化進而發生沿晶破壞現象。   在較慢的應變速率下,此破壞的現象會更加嚴重,且在負極的破壞現象比在正極來得高,在80%熔斷電流下,其延伸率將從19%降至僅剩2%。即使在較粗的線徑下,此現象亦無法消除。   總而言之,與Cu基導線對比,Ag基導線更容易受到電流破壞,在Ag基導線應用比例逐漸上升的此時,需更加注意其電流與材料內部的變化,減少失效的可能性。
Date of Award2017 Jul 27
Original languageChinese
SupervisorFei-Yi Hung (Supervisor)

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精微銀合金導線之介金屬化合物成長及通電拉伸沿晶破壞動力學與機制探討
皓文, 薛. (Author). 2017 Jul 27

Student thesis: Doctoral Thesis