• 沒有找到結果。

之後在 1914 年,Skaupy 提出電子風(electron wind)的觀念,如(圖 2-1)

所示,來量化電遷移所造成的質量傳送。起初,電遷移的研究對象主要為 金屬導線,以 Paul S. Ho 與 Thomas Kwok[4]等人最具代表性。直到 1990 年 晚期,因覆晶封裝開始被廣納採用,其電遷移現象也開始被討論,以 Tu K.

N.最具代表性。Seith 與 Wever 也以定位點(marker)的運動,來量測遷移 的位移量。此方式在測量電遷移上,後來成為標準的方法。

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2-3 電流集中效應(Current crowding effect)

在2005年,T. L. Shao等人[8]利用有限元素模擬分析法,研究銲錫凸塊內部

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在Everett C. C.等人的研究中[9],也有提到因導線與銲錫凸塊幾何形狀 的差異造成銲錫凸塊內部的電流集中情形,其銲錫內部電流密度分布分析 結果如(圖2-4)所示。並由實驗的結果證實,此現象會造成銲錫凸塊中電 流集中處有孔洞生成,使得銲錫在電遷移可靠度測試的結果不如預期。

2-4 焦耳熱效應(Joule heating effect)

在1841年,James Prescott Joule發現焦耳熱效應[10],其焦耳熱效應是 因電子通過一電位差為V的電場時會受到電場的加速,電子與周圍原子發生

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而在2006年,S. H. Chiu與C. Chen等人[13],由模擬結果發現當焊錫接 點在通電作用下,在鋁導線進入銲錫交界處有熱點存在如(圖2-6),此焦 耳熱效應將進一步造成電阻上升。因此提出利用紅外線顯像技術量測焦耳 熱效應所造成的溫升,並發現主要發熱源的確來自於鋁導線。因此,我們 可以經由焦耳熱效應的校正,在推求Black’s equation的n與活化能Q上,可 以更接近銲錫真實的情況。

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11 Cu、Al / Ni(V)/ Cu;厚膜:Cu、Ni、Cu / Ni。藉由crowding ratio的大小 來評斷抗電遷移的能力。研究中crowding ratio定義為最大電流密度除以 UBM處的平均電流密度,其crowding ratio 大小順序是Ti / Cr-Cu / Cu > Al / Ni(V)/ Cu > Cu > Ni > Cu / Ni。因此實驗結果發現厚膜UBM可以有效的 減緩電流聚集效應,增加抗電遷移的能力。而本研究所使用UBM為Cu/Ni,

由此篇文獻可知其crowding ratio最小。

2-7 同步輻射簡介

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2-8 矽晶片的應力變化

在 1989 年,Gee 等人[21]利用應變規來量測晶片端的表面在熱震下的 應力變化,其結果顯示出在矽晶片的中間點具有最高的應力,其餘的地方 應力為均勻的。為了可以更精確的量測到晶片端內部的應力,Ho 等人[22]

利用疊紋干涉技術來分析覆晶焊錫的矽晶片從高溫冷卻後的應變分佈。

A. T. WU 等人在 2009 年發表於 JEM 的研究[23],是利用同步輻射光源 量測矽晶片在不同熱及電的效應下,矽晶片的應變變化。為了瞭解矽晶片 在各點的應力分佈為何,作者在矽晶片上分別取五個點 A、B、C、D、E(如 圖 2-9),其結果發現在溫度越高所測出的 out of plane 應變分佈曲線越 less compressive,其中間點具有最大應力。因此在本研究中,將對於矽晶板及 高分子板(FR5)的熱膨脹係數不同,可能造成的應變分佈變化來做探討,

並了解是否會對焊錫接點造成破壞。

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圖 2-1 原子受電子流驅動遷移示意圖

圖 2-2 SAC 銲錫經過 1431 小時通電流 1.68 × 104 A/cm2, 孔洞生成於導線進入銲錫處示意圖[7]

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圖2-3 模擬銲錫凸塊內因電流方向改變,造成電流集中效應示意圖

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圖 2-4 有限元素分析銲錫內部電流密度分布示意圖[9]

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圖 2-5 當電流通過鋁導線,產生焦耳熱效應造成溫升示意圖[11]

(a)未通電流(b)通入電流(c)溫度分佈

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圖2-6 (a)模擬結果提出在鋁導線進入銲錫交界有熱點存在示意圖(b)以紅外 線顯像儀量測因焦耳熱效應產生溫升,並驗證熱點存在示意圖[13]

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圖2-7 不同厚度銅墊層破壞情形示意圖 (a)5 μm厚銅墊層施加2.25 × 10 A/cm2的破壞情形 (b)10 μm厚銅墊層施加3 × 104A/cm2於100℃,100小時後 的破壞情形 (c)50 μm厚銅墊層施加6.75 × 104A/cm2於100℃,100小時後的 破壞情形[17,18]

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圖 2-8 同步輻射涵蓋的電磁波示意圖[20]

圖 2-9 同步輻射光源所掃描的點 A,B,C,D,E 示意圖[23]

20 焊錫結構為 copper column 結構,其 UBM(under-bump metallization)的種 類為 Cu column / Ni,厚度分別為 50 μm / 3 μm,其中 50 μm 厚的 Cu 與 3 μm

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