通電導致3D IC微凸塊結構之材料反應

Translated title of the thesis: The Materials Interactions in 3D IC Microbump Structures Induced by Current Stressing
  • 陳 巧紋

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究係探討3D IC微凸塊在通電狀態之下，接點內部發生的材料反應。實驗共有四種不同結構的微凸塊，分別為TiCuCuNi/Sn1 8Ag/ ENEPIG、TiCuCuNi/Sn1 8Ag/OSP-Cu、TiCuCu/Sn1 8Ag/OSP-Cu、以及TiCuCu/Sn1 8Ag/ENEPIG，並於125℃的環境溫度施予電流密度1×104 A/cm2，通電24、100、200、300小時、以及測試至失效(566小時)。為了瞭解接點內部的材料反應與IMC在接點中的生成行為與分佈，接點先研磨拋光至最大截面之後，再從與最大截面垂直的方向研磨次截面。 實驗結果顯示，長時間通電後，伴隨凸塊底層金屬(Under bump metallization UBM)與/或基板金屬的消耗，大量IMC生成佔滿整個接點，並且於部份接點中產生孔洞(void)及裂縫(crack)。此外於TiCuCu/Sn1 8Ag/OSP-Cu結構中，觀察到明顯Cu6Sn5與Cu3Sn之間的轉換(transformation)現象，而Ag3Sn、微孔洞(microvoid)以及剩餘未反應完的Cu6Sn5聚集在接點中央區域，使得裂縫形成在該區域。另外截面分析顯示IMC並非均勻分佈於接點中，受到電流方向影響，IMC分佈於特定區域，因此有偏析(segregation)的現象。最終IMC的形成與缺陷的產生，導致接點電阻隨著通電時間增長而緩慢上升，通電最末階段，電阻急遽增加則可能是鋁導線處失效所導致。
Date of Award2014 Aug 20
Original languageChinese
SupervisorKwang-Lung Lin (Supervisor)

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