无铅焊点电迁移诱致的界面化合物生长及失效研究

发布时间：2018-01-21 14:11

  本文关键词： 微电子封装 电迁移 无铅焊点 有限元　出处：《浙江工业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着微电子封装焊点不断向微型化、高封装密度化方向发展,电迁移逐渐成为微互连焊点的重要失效机制,因此国际半导体技术路线图组织(ITRS)将电迁移列为限制高密度封装发展的关键技术瓶颈。本文针对无铅焊点在电热耦合作用下的微观化合物结构演化以及裂纹拓展问题进行了研究,主要工作和结果如下:(1)搭建无铅互连焊点电迁移试验平台,自行设计实验测试装置,进行电迁移试验测试。电迁移试验进行了三个方面的测试工作:针对芯片进行了不同温度环境和电流密度对芯片表面温度影响的测试;针对无铅焊点的化合物生长情况,在150℃的环境温度和电流密度为1.8×104A/cm2的条件下,测试无铅焊点的化合物生长及失效历程,测试后将试样在SEM电子显微镜下观察其化合物结构演化;最后,在150℃的环境温度和电流密度为1.5×104A/cm2的条件下,测试无铅焊点的裂纹形成及拓展,测试后将试样在SEM电子显微镜下观察其裂纹结构的形成及拓展情况。(2)针对电迁移实验进行总结和分析。基于芯片温度实际测量结果,总结芯片的温度变化规律确定芯片在有限元分析时芯片表面的热对流系数。针对试验中电迁移诱致的互连焊点化合物生长进行分析,研究通电两焊点的化合物的生长角度变化速率、化合物生长角速率与截止电压的关系,其中:左侧焊点生长速率6.2%/10mv,右侧焊点生长速率为12.6%/10mv。左侧焊点角度变化速率为6.5度/10mv,右侧焊点角度变化速率为12.75度/10mv;针对试验中的空洞裂纹进行总结分析,裂纹形成有两种情形,一种是空洞间不断融合形成的光滑圆润的裂纹,一种是由于内部应力引起的脆性拓展裂纹。(3)对测试装置进行ANSYS有限元建模,结合试验测试结果对测试装置进行热电耦合分析,芯片的温度分布与试验的实测结果比较吻合。基于原子密度积分法(ADI)对关键焊点的失效位置进行预测并与焊点失效位置的SEM结果进行对比,结果表明:ADI法能较准确地预测焊点电迁移失效的位置。
[Abstract]:With the development of microelectronic packaging solder joint to miniaturization and high packaging density, electromigration has gradually become an important failure mechanism of micro-interconnect solder joint. International Semiconductor Technology Roadmap (ITRSs). Electromigration is regarded as the key technology bottleneck to limit the development of high-density packaging. The microstructure evolution and crack expansion of lead-free solder joints under electrothermal coupling are studied in this paper. The main work and results are as follows: 1) setting up the electromigration test platform of lead-free interconnect solder joint, and designing the experimental test device by ourselves. The electromigration test was carried out in three aspects: the effect of different temperature environment and current density on the surface temperature of the chip was tested. The growth and failure history of lead-free solder joints were measured at 150 鈩，

本文编号：1451693