屬化合物；而在基板端則只能觀察到Cu6Sn5生成。
方向研磨至電子流方向相上的銲錫接點中心，此方式可以觀察到電子
遷移以及熱遷移的情況下，銅原子皆不會發生往晶片端移動的現象
式中V 代表體積，A 表示面積
之後一對銲錫接點的 SEM 影像。其在 Passivation Opening 處的電流
部的角落及中央都有孔洞的生成，孔洞的相對位置在銲錫與介金屬化
溫差，即 1000 ℃ / cm 的溫度梯度，如圖 4-8，足以使錫原子發生熱 遷移而往晶片端移動，這也是為什麼在晶片端可以觀察到錫回填的現 象。
4-1.4 Semi In-situ 的觀測
上述部分對於銲錫接點的觀察，都是在當Dasiy-chain 結構電 阻上升到我們所設定的破壞條件後，將試片拋光研磨至接近銲錫
點右上角處看到凹陷的現象，在接點底部則發生原子堆積生成凸
TCR 效應，來確保通電測試的初期銲錫接點內部的溫度是在熔點
面，區域 3 與區域 4 的電流密度分別為 19881 安培/平方公分和
圖 4-15 (a)電子流方向由基板端到晶片端的銲錫接點的剖面電流 密度分佈圖，下端為銅導線，可以看到在銅導線進入銲錫接點處有較 高的電流密度分佈。圖 4-15 (b)是在焊錫底部電流密度分佈的情形。
可以看到靠近電子流流入的區域，電流密度呈現較高的情形，因此假 設孔洞會先在此處生成。接著看到圖 4-16 (a)一樣是電子流方向由基 板端往晶片端的銲錫接點頗面電流密度分佈,不同處在於假設在圖 4-16 (a)中電流密度較高的區域已經有孔洞生成.從圖 4-16 (a)可以看 到在遠離電流進入區電流密度,有明顯的增加。圖 4-16 (b)孔洞生成之 後，焊錫底層的電流密度分佈。可以看到最大電流密度區已經轉移到 旁邊兩個角落處，並且可以看到周圍是電流密度較高的區域，可以解 釋為什麼在焊錫底部周圍可以觀察到孔洞的生成。
圖 4-1 銲錫接點測試前的結構及相分佈情形。
e ‐
圖 4-2 130℃, 1.6 A 下經過 607 小時，電子流方向由左上到下。
e ‐
(a)
e ‐
(b)
圖 4-3 100℃, 1.6 A 下經過 1443 小時
(a) 電子流方向由下到右上，截面的 SEM 影像。
(b) 第二橫截面，電子流方向由左流入向上流出，截面 SEM 影像。
(a)
First cross-section plane Second cross-section plane (b)
void
圖 4-4
(a) 100 ℃ 1.6 A 下經過 1164 小時，二次橫截面 OM 影像。
(b) 二次橫截面在銲錫接點底層，環狀孔洞生成示意圖。
Element Sn Totals
(Ni,Cu)3Sn4
(Cu,Ni)6Sn5
e ‐
圖 4-5 130 ℃, 1.6 A 下經過 525 小時，電子流方向由左上到下方。
e
‐(a)
e
‐(b)
圖 4-6 130℃, 1.6 A 下經過 525 小時
(a) 電子流方向由下到右上，截面的 SEM 影像。
(b) 電子流方向由左上到下，截面的 SEM 影像。
e ‐
(a)
e ‐
(b)
圖 4-7 100℃, 1.6 A 下經過 1164 小時通電測試 (a) 電子流方向由下到右上，截面的 SEM 影像。
(b) 電子流方向由左上到下，截面的 SEM 影像。
圖 4-8 100 ℃、1.6 A 下，紅外線熱顯像儀量測到的溫度分佈。
e
‐(a)
e
‐(b)
圖 4-9 100 ℃ 0.8 A semi in-situ 觀測
(a) 電子流方向由下到左上，截面的 SEM 影像。
(b) 電子流方向由右上到下，截面的 SEM 影像。
Chip side
TM TM
EM
Substrate side
EM
e ‐
e ‐ e ‐
Sn Pb Sn Pb
TM EM TM
EM
圖 4-10 一對銲錫接點內部鉛原子電、熱遷移作用下受力方向示意圖。
圖 4-11 TCR 校正電阻對應溫度的關係。
3 4
1 2
1 2 3 4
current density
(A/cm2) 63178 6106 19881 15473
圖 4-12 一對銲錫接點內部電流密度的三維模擬。
1 2
1 2
current density
(A/cm2) 21215 14824
圖 4-13 平行銅導線方向上銲錫接點內部電流密度的三維模擬。
圖 4-14 模擬銲錫接點底層之電流密度分佈。
圖 4-15 (a) 模擬銲錫接點剖面電流密度分佈情形。(b) 模擬銲錫底 層的電流密度分佈情形。
圖 4-16 模擬孔洞生成之後(a) 銲錫接點剖面電流密度分佈情形。
(b) 銲錫底層的電流密度分佈情形。
第五章 結論
在升溫加速測試下觀察共晶錫鉛銲錫搭配鎳金屬墊層以及銅墊 層的破壞模式，在晶片端的陰極可以觀察到介金屬化合物層被電子流 推離，錫原子回填與鋁墊層接觸的現象，由於錫原子與鋁導線的界面 能高，因此接著並不好，造成電阻上升；在基板端的陰極則觀察到有 明顯孔洞的生成，由二次截面影像可以清楚的觀察到孔洞生成在銅墊 層與銲錫接點周圍一圈電流密度較高的區域，此介面的孔洞可能對電 阻上升造成相當大的貢獻。
參考文獻
1. Intel Technology Journal, 9, 4, (2005).
2. V. B. Fiks, Soviet Physics – Solid State, 1, pp.14-28, (1959).
3. European Union Waste in Electrical and Electronic Equipment (WEEE) Directive, 3rd Draft, May (2000).
4. Japanese Ministry of Health and Welfare Waste Regulation on Un-Reusable Pb, June (1998).
5. K.N.Tu, Recent advances on electromigration in VLSI of interconnects, J. Appl. Phys, 94, pp. 5451-5473, (2003).
6. P. S. Ho and T. Kwok, Rep. Prog. Phys., vol. 52, pp. 301-348, (1989).
7. I. A. Blech and C. Herring, Appl. Phys. Lett. 29, 131,(1976).
8. T. L. Shao, S. W. Liang, T. C. Lin, and Chih Chen,（WEEE）Directive, 3rd Draft, May (2000).
9. Y.L.LIN, Y.S. LAI, C.M. TSAI, and C.R. KAO Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 35, No. 12, (2006).
10. D. Gupta, K. Vieregge, and Gust, V.47, No. 1, pp.5-12, (1999).
11. J. K. Lin, J.W. Jang, and Jerry White, ECTC (2003).pp.816-821.
12. C. C. Yeh, W. J. Choi, K. N. Tu, P. Elenius, and H. Balkan, Appl. Phys.
Lett. Vol. 80, 580, (2002).
13. Joule, J.P. Philosophical Magazine, Vol. 19, PP. 260; Scientific Papers 65(1841).
14. S. H. Chiu, T. L. Shao, and Chih Chen, Appl. Phys. Lett.88,022110,
(2006).
15. E. C. C. Yeh, W. J. Choi, and K. N. Tu, P. Elenius, and H. Balkan, Appl.Phys. Lett. Vol.80, Issue4, pp. 580-582 (2002).
16. Lingyun Zhang, Shengquan Ou, Joanne Huang, K. N. Tu, Stephen Gee and Luu Nguyen, Appl. Phys. Lett. Vol.88, Issue, 012106 (2006).
17. H. Lin, C. M. Tsai, Y. C. Hu, Y. L. Lin, and C. R. Kao, J.Electron.
Mater. Vol. 34, 27, (2005).
18. C. Hu, Y. H. Lin, C. R. Kao, and K. N. Tu, J. Mater. Res. Vol. 18, 2544, (2003).
19. C. Y. Liu, Lin Ke, Y. C. Chuang, and S. J. Wang, JAP Vol. 100, 083702, (2006).
20. M.H. Chu and Chih Chen, Failure mechanism in SnCu solder bumps with Al/Ni(V)/Cu thin-film UBM and OSP surface finishes (2008) 21. Jae-Woong Nah, J. O. Suh, and K. N. Tu, Seung Wook Yoon, Vempati
Srinivasa Rao, and Vaidyanathan Kripesh and Fay Hua J. Appl. Phys.
Vol.100, Issue 12, 123513 (2006).
22. Jae-Woong Nah, Kai Chen, J. O. Suh, and K. N. Tu, ECTC (2007) pp. 1450-1455.
23.H.Y. Hsiao and Chih Chen, Appl. Phys. Lett. 94, 092107 (2009).
24. Howard D. Blair, Tsung-Yu Pan, John M. Nicholson, ECTC (1998) pp.259-267.