Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự di chuyển điện trong các mối hàn giảm chiều cao với các cột Cu
Tóm tắt
Bài báo này điều tra hiện tượng khuếch tán bề mặt được tăng cường bởi dòng điện của thiếc dọc theo các bức tường bên của các cột Cu. Hai mối hàn thiếc, Cu pillar/10-µm-solder/Ni và Cu pillar/Ni/10-µm-solder/Ni, đã phải chịu một mật độ dòng điện 1.2 × 10^4 Å/cm2 ở 125 °C trong thời gian khác nhau. Các nguyên tử Sn có thể khuếch tán đến các bức tường bên của các cột Cu và hình thành các hợp chất liên kim loại Cu6Sn5 (IMCs). Bởi vì các nguyên tử Sn được rút ra từ các mối hàn thiếc, những khoảng trống nghiêm trọng hình thành trong các mối hàn này. Hiện tượng khuếch tán bên nghiêm trọng hơn đối với các mối hàn Cu pillar/Ni/10-µm-solder/Ni so với các mối hàn Cu pillar/10-µm-solder/Ni vì, thay vì hình thành các IMCs Ni3Sn4, các nguyên tử Sn ưa thích khuếch tán vào các bức tường bên Cu để tạo thành các IMCs Cu6Sn5. Sự khuếch tán bên của Sn này thúc đẩy sự cạn kiệt thiếc trong các mối hàn và do đó có thể là một vấn đề đáng lo ngại về độ tin cậy cho các mối hàn thiếc với chiều cao thiếc giảm.
Từ khóa
#di chuyển điện #khuếch tán bề mặt #mối hàn thiếc #hợp chất liên kim loại #độ tin cậy mối hànTài liệu tham khảo
G.T. Lim et al., Temperature effect on intermetallic compound growth kinetics of Cu pillar/Sn bumps. J. Eelctron. Mater 38, 2228 (2009)
Y.C. Liang et al., Influence of Cu column under-bump-metallizations on current crowding and Joule heating effects of electromigration in flip-chip solder joints. J. Appl. Phys. 111, 043705 (2012)
Ann A. Liu et al., Spalling of Cu6Sn5 spheroids in the soldering reaction of eutectic SnPb on Cr/Cu/Au thin films. J. Appl. Phys. 80, 2774 (1996)
S.W. Liang et al., Three-dimensional thermoelectrical simulation in flip-chip solder joints with thick underbump metallizations during accelerated electromigration testing. J. Electron. Mater. 36, 159 (2007)
J.W. Nah et al., Mechanism of electromigration-induced failure in flip-chip solder joints with a 10-μm-thick Cu under-bump metallization. J. Mater. Res. 22, 763 (2007)
K.N. Tu, Reliability challenges in 3D IC packaging technology. Microelectron. Reliab. 51, 517 (2011)
T.H. Lin et al., Electromigration study of micro bumps at Si/Si interface in 3DIC package for 28 nm technology and beyond, in ECTC (2011), pp. 346–350
Y.C. Tan et al., Electromigration performance of through silicon via (TSV)—a modeling approach. Microelectron. Reliab. 50, 1336 (2010)
K.N. Tu et al., Effect of current crowding on vacancy diffusion and void formation in electromigration. Appl. Phys. Lett. 76, 988 (2000)
W.J. Choi et al., Mean-time-to-failure study of flip chip solder joints on Cu/Ni (V)/Al thin-film under-bump-metallization. J. Appl. Phys. 94, 5665 (2003)
Chih Chen et al., Electromigration and thermomigration in Pb-free flip-chip solder joints. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 531 (2010)
Y.S. Lai et al., Electromigration of Sn-37Pb and Sn-3Ag-1.5Cu/Sn-3Ag-0.5Cu composite flip–chip solder bumps with Ti/Ni (V)/Cu under bump metallurgy. Microelectron. Reliab. 46, 915 (2006)
H.Y. Chen et al., Kinetic study of the intermetallic compound formation between eutectic Sn-3.5Ag alloys and electroplated Ni metallization in flip-chip solder joints. J. Mater. Res. 27, 1169 (2012)
G. Ghosh, Dissolution and interfacial reactions of thin-film Ti/Ni/Ag metallizations in solder joints. Acta Mater. 49, 2609 (2001)
P.L. Tu et al., Growth kinetics of intermetallic compounds in chip scale package solder joint. Scr. Mater. 44, 317 (2001)
J.F. Li et al., Comparison of interfacial reactions of Ni and Ni-P in extended contact with liquid Sn-Bi-based solders. Acta Mater. 55, 737 (2007)
Y.L. Lin et al., Electromigration-induced UBM consumption and the resulting failure mechanisms in flip-chip solder joints. J. Electron. Mater. 35, 1010 (2006)
Y.W. Chang et al., Effect of void propagation on bump resistance due to electromigration in flip-chip solder joints using Kelvin structure. Appl. Phys. Lett. 91, 132113 (2007)
Y.S. Huang et al., The effect of a concentration gradient on interfacial reactions in microbumps of Ni/SnAg/Cu during liquid-state soldering. Scr. Mater. 66, 741 (2012)
I.A. Blech, Electromigration in thin aluminum films on titanium nitride. J. Appl. Phys. 47, 1203 (1976)
W. Seith, T. Heumann, Diffusion of Metals: Exchange Reactions (Springer, Berlin, 1962)
P.G. Kim, K.N. Tu, Morphology of wetting reaction of eutectic SnPb solder on Au foils. J. Appl. Phys. 80, 3822 (1996)
P.G. Kim et al., Interfacial reaction and wetting behavior in eutectic SnPb solder on Ni/Ti thin films and Ni foils. J. Appl. Phys. 86, 6746 (1999)
C.Y. Liu et al., Morphology of wetting reactions of SnPb alloys on Cu as a function of alloy composition. J. Mater. Res. 13, 37 (1998)
Y.C. Liang et al., SideWallWetting induced void formation due to small solder volume in microbumps of Ni/SnAg/Ni upon reflow. ECS Solid State Lett. 1, 60 (2012)
H.Y. Chuang et al., Critical concerns in soldering reactions arising from space confinement in 3-D IC packages. IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 12(2), 233 (2012)