3-1 試片結構
實驗的試片製備，是由本實驗室設計的無鉛銲錫覆晶封裝試片，其接點 結構如圖 3-1 所示，上下端的銅導線為界線，上層銅導線的寬度為 100μm，
厚度為5μm 而下層銅導線寬度為 100μm，厚度為 27μm。上層銅導線連接 著金屬墊層(under-bump-metallization)，為 1μm 的 Ti / 2μm 的 Cu /50μm 的 Cu Column /3μm Ni。Ti / Cu 層的製程方法是以濺鍍的方式，而中間有一層 銅做為種子層，然後電鍍50μm 厚的銅柱。鈍化層開口(Passivation Opening) 利用黃光微影製程，因此直徑比銅柱稍短，為85μm 厚，而銅柱的直徑為 140μm。銲錫凸塊的銲料成分為 Sn-2.3wt.%Ag，銲錫球高度皆在 15μm 至 20 μm 之間，直徑為 140μm，其製程方法是把銲料電鍍在上端金屬墊層，然 後用回銲方式對準基板上接點將之接合。凸塊間距(pitch)為 1mm，下端基 板部分是 FR5 基板。
23 預期一致，以利觀測並比較通電測試後微結構變化。Semi in-situ 的優點在 於能夠在初始先確認試片初始結構，並且可以邊量測電阻上升的不同階段 邊觀測微結構變化。因此，在開始通電測試前必須把試片磨至通電所需觀 察的剖面才能進行通電。首先，用不同號數的 SiC 砂紙由 1000、2000、4000 做研磨，然後用1μm 及 0.3μm 氧化鋁粉拋光將刮痕最小化。研磨過程中，
必須定時利用 Keithley2400 電錶量測並觀測銲錫凸塊的電阻值是否接近初 始的電阻值的一倍，來確定銲錫凸塊已磨至中間面。之後在試片的表面上 濺鍍一層鉑金屬層，除了防止表面氧化，也可以增加試片的導電性以利於 做電子顯微鏡的觀測。最後再利用 SEM6500 把試片的銲錫凸塊初始結構拍 下以用來和通電後測試結果比較，才能開始進行通電測試。
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3-3 凱文結構
本研究中所使用之凱文結構示意圖(圖 3-2)。結構中包含四顆銲錫凸塊 標示著 b1 到 b4 並由一條銅導線連接四個銅墊層 。銲錫凸塊間距為 1mm，
此外在基板上有六條銅導線依序標上 n1 到 n6 連接到此四顆銲錫凸塊，導 線走向如圖所示。本研究中，我們定義電子流方向由板端往晶片端為 B2 既 電子流向上，而電子流由晶片端往基板端為 B3 既電子流向下。電子流由 n3 進入通過 B2 至晶片，跨越銅導線往下至 B3， 最後由 n4 流出如圖中 箭頭所示。銲錫 B2 的電壓變化可由 n1 與 n2 測量得到，而銲錫 B3 的電 壓變化可由 n5 與 n6 測量得到，連接 B2 與 B3 的上端銅導線電阻可由 n1 與 n6 測量得到。利用這樣的測量方式可在電遷移發生的同時測量兩顆電子 流方向相反的銲錫凸塊與連接兩顆銲錫凸塊的銅導線的電阻變化。
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3-4 利用電阻溫度係數校正實際溫度
本研究試片為了量測試片內部真實溫度，在基本端上以銅導線做為熱感 應原件並與電遷移測試迴路分開。從文獻回顧 2-4 裡得知，量測試片內部實 際溫度必須先求出銅導線的電阻溫度係數(TCR)。所以試片通電前，我們先 將一片測試試片分別以均溫 50 oC、100 oC、150 oC、200 oC 在加熱爐裡通以 0.1 安培量測其電阻，然後對電阻與溫度兩參數做線性圖線性迴歸法找出銅 導線的電阻溫度係數(TCR)。得出電阻溫度係數(TCR)以後，在實際通電的 試片進行通電測試時用一樣的量測方式並利用公式(2.8)得出銲錫凸塊通電 時的實際溫度。
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3-5 測試條件與方法
實驗測試方法為凱文結構所設計。首先，將試片分別放置 100 oC 加熱 盤上，以耐熱膠帶將其固定，然後做半小時的時效熱處理。待試片達穩定 後，再分別施以 1.9 安培及 2.3 安培的電流進行通電測試。電流在銲錫凸塊 內換算成電流密度為 2.5 x 104A/cm2及 3 x 104A/cm2。
通過凱文結構我們可以偵測到單顆銲錫凸塊的電性變化，因此在電性量 測方面，我們利用凱文結構來觀測銲錫凸塊的電阻值。施加電流後同時量 測、記錄銲錫凸塊的電阻值變化，當電子流向下的銲錫凸塊的電阻值上升 初始值的 1.2 倍時，即停止加熱、通電等測試條件。而本實驗把電子流向下 的銲錫凸塊的電阻初始值上升 1.2 倍的通電時間設為破壞時間(failure time) 是因為本研究試片電子流向下的銲錫凸塊結構好處在於有銅柱分散電流的 效果，而且還有鎳層阻擋層保護上層銅原子擴散入銲錫凸塊內防止銅消耗 更利於觀察 back stress 的現象。因此觀測的重點主要放在電子流向下的銲錫 凸塊上。
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3-6 分析工具與方法
在微結構金相觀測，本研究使用日本電子光學株式會社(Japan Electron Optics Laboratory, JEOL)的 6500 型熱場發掃描式電子顯微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscope, FESEM)做為主要的觀察工具。背向散射電子 (Backscatter Electron)產生的數量會因為不同元素差異而不同，可清楚區隔 出試片中不同的相或不同元素的成分，藉由此特性我們用背向散射電子影 相(Backscatter Electron Image)觀察試片側視的部分。另外本研究中將利用 X 光能量散佈分析儀(Energy Dispersive Spectrometer, EDS)做特定區域的成分 分析，以確認試片內部各成分的組成。
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圖 3-1 Ni/Cu 金屬墊層銲錫凸塊結構圖。
圖 3-2 (a)凱文結構俯視圖。
(b)凱文結構剖面圖。
29 再利用軟體Image j 對銲錫做厚度量測，得到其平均厚度分別為18μm、10μm、
介金屬化合物bridging、銲錫全反應介金屬化合物。