倒装芯片互连凸点电迁移的研究进展

倒装芯片互连凸点电迁移的研究进展作者：吴丰顺，张金松，吴懿平，王磊作者单位：吴丰顺,吴懿平(华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家实验室,湖北,武汉,430074;华中科技大学微系统研究中心,湖北,武汉,430074)，张金松,王磊(华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家实验室,湖北,武汉,430074)刊名：半导体技术英文刊名：SEMICONDUCTORTECHNOLOGY年，卷(期)：2004，29(6)被引用次数：3次参考文献(17条)1.TUKN.GUSAKAM.LIMPhysicsandmaterialschallengesforlead-freesolders2003(02)2.TUKNRecentadvancesonelectromigrationinverylargescaleintegrationofinterconnects20033.YETHECC.CHOIWJ.TUKNCurrentcrowdinginducedelectromigrationfailureinflipchiptechnology2002(01)4.KNTU.GUX.GANH.CHOIWJElectromigrationinsolderjointsandlines2002(06)5.ZengKTUKNSixcasesofreliabilitystudyofPbfreesolderjointsinelectronicpackagingtechnology20026.TangZ.SHIFGEffectsofpreexistingvoidsonelectromigrationfailureofflipchipsolderbumps2001(07)7.XuGTheeffectofadditivesonself-assemblingbehaviorofnafioninaqueousmediamacromolecules20018.BLECHIAElectromigrationinthinaluminumfilmsontitaniumnitride1976(04)9.BLECHIA.HERRINGCStressgenerationbyelectromigration1976(03)10.BRANDENBURGS.YEHSElectromigrationstudiesofflipchipbumpsolderjoints199811.GuptaD.VIEREGGEK.GUSTWInterfacediffusionineutecticPb-Snsolder1999(01)12.TangZ.SHIFGStochasticsimulationofelectromigrationfailureofflipchipsolderbumps2001(07)13.HAYWARDJLead(Pb)-freepackagingstrategy2000-2003200114.KARIMZS.MARTINJLead-freesolderbumptechnologiesforflip-chippackagingapplications200115.GanH.CHOIWJ.XUGElectromigrationinflipchipsolderjointsandsolderlines2002(06)16.LeeTY.TUKN.FREARDRElectromigrationofeutecticSnPbandSnAgCuflipchipsolderbumpsandunder-bump-metallization200117.JANGSY.WOLFJ.KWONWSUBM(UnderBumpMetallization)studyforPb-freeelectroplatingbumping:interfacereactionandelectromigration2002相似文献(10条)1.期刊论文吴丰顺.吴懿平.邬博义.陈力倒装芯片各向异性导电胶互连的剪切结合强度-半导体学报2004,25(3)采用冲击试验方法研究了各向异性导电胶膜(ACF)互连的玻璃和柔性基板上倒装芯片(COG和COF)的剪切结合强度.结果表明:COF比COG的剪切强度高.ACF的固化程度达85%时有最大的结合强度.键合温度、导电颗粒状态、缺陷等因素对ACF互连的结合强度有较大影响,而键合压力的影响不大.2.期刊论文陆裕东.何小琦.恩云飞.LUYudong.HEXiaoqi.ENYunfei电迁移引起的倒装芯片互连失效-固体电子学研究与进展2010,30(2)采用倒装芯片组装菊花链器件研究了高电流密度条件下Al互连的失效问题,分析了不同电迁移条件下,由于金属原子的迁移造成的Al互连微结构的变化.在9.7×105A/cm2电流密度强度条件下,钝化窗口位置的Al原子发生电迁移,在电子风力的作用下,Al原子沿电子流方向扩散进入Al互连层下方的焊料中.同时,随着电流加载时间的延长,化学位梯度和内部应力的作用致使焊料成分向Al互连金属扩散,Al互连金属层形成空洞的同时其成分发生变化.3.期刊论文关荣锋.赵军良.刘胜.张鸿海.黄德修.GUANRong-feng.ZHAOJun-liang.LIUSheng.ZHANGHong-hai.HUANGDe-xiu倒装芯片互连技术在光电子器件封装中的应用-河南理工大学学报（自然科学版）2005,24(1)分析了倒装芯片技术在光电子器件封装中应用时对基板和焊料的性能要求,在硅基板上设计和制作了用于激光芯片和光电探测器贴片的焊料凸点结构,并应用全自动贴片设备进行了贴片工艺试验.试验结果表明,倒装芯片技术可实现芯片与基板的高精度、高可靠性的互连,这种技术用于光收发器件的封装,可实现光电子器件的小型化和批量化生产,并能大大提高光收发模块的传输速率.4.会议论文况延香.朱颂春几种常用的FC互连凸点制作工艺技术2001介绍了几种常用的倒装芯片(FC)互连凸点制作工艺技术,这些技术是先进SMD,特别是BGA、CSP、直接芯片贴装(DCA)和MCM高密度互连(HD1)的基础.5.学位论文陈雪凡考虑多种迁移机制的电迁移仿真算法研究及灵敏度分析2009倒装芯片技术在晶圆级微电子封装的成功应用，使得凸点互连的电迁移可靠性成为急需关注的问题。凸点的电迁移涉及到复杂的多学科问题，由于缺乏有效的模拟手段，仅靠实验分析尚很难完全弄清电迁移的失效机理和空洞演化规律。鉴于传统原子通量散度法存在的问题，主要针对芯片互连结构的电迁移问题，提出了一种电迁移空洞形成和扩展的有限元仿真新算法，并研究了互连结构尺寸和形状、电迁移参数、材料参数对电迁移的影响。首先，根据电迁移的基本理论，对电迁移的影响因素进行了总结，研究了传统的原子通量散度有限元法存在的问题。综合考虑了多种驱动机制（电子风力诱致迁移、温度梯度诱致迁移、应力梯度诱致迁移和原子密度梯度诱致迁移），采用伽辽金方法导出了原子密度重分布迭代方程，基于此提出一种有效的原子密度重分布算法，研究了相应的数值算法。将原子密度重分布算法的结果与解析解进行了对比，结果表明算法是可靠且稳定的。其次，基于ANSYS多物理场分析平台，结合原子密度重分布算法，建立了电迁移空洞形成和扩展的仿真算法，以ANSYS参数化设计语言程序和FORTRAN程序为载体实现了上述算法，研究了SWEAT结构和CSP结构的电迁移失效问题。预测寿命结果与试验值相比较，两者吻合较好。研究还发现：原子密度梯度项是不能忽略，它对电迁移起着抑制作用；在拉应力区域，应力梯度对电迁移其加速作用；在较低温度下，温度梯度项几乎可以忽略；无铅凸点的电迁移寿命大约是含铅凸点寿命的1.5-2倍左右。进一步，综合考虑电迁移失效的各种影响因素，针对当前流行的CSP封装结构的无铅焊料进行了详尽试验设计。结果表明：当UBM倾角为75°时，焊球有较高的电迁移失效寿命，在与UBM接触的地方，垂直性凸台结构（如UBM0°倾角和90°倾角）具有较差的抗电迁移能力，相反随着倾斜角度α（0°α90°）的增大，电迁移寿命也不断增大；UBM厚度的增加、直径的增大都会增加电迁移失效寿命；焊球间距的增大、焊球高度（截面尺寸与高度之比不变）的增大，将减少电迁移的失效寿命；而保持截面尺寸不变，增大焊球高度，电迁移失效寿命也将增大；引线宽度的增大将引起电迁移失效寿命的增大；形状对最大温度值、最大电流密度值和最大静水压力有较大的影响，圆柱体形状焊球最为抗电迁移的结构，其次立方体，再者球体，最差的抗电迁移结构为双球模型。最后，针对CSP结构互连凸点的电迁移进行了灵敏度分析。导出了互连结构的电迁移灵敏度分析方程，建立了相应的数值算法，考虑设计变量为激活能和初始自扩散系数和材料力学性能参数（弹性模量，泊松比等）等进行了电迁移灵敏度分析。研究发现，凸点的电迁移对激活能非常敏感，其次是初始自扩散系数，材料力学性能参数对电迁移影响最小。6.期刊论文韩雷.钟掘.HanLei.ZhongJue热超声倒装键合过程中的非线性动力学行为-半导体学报2006,27(11)在作为微器件电气互连主要手段的热超声键合工艺中,微细键合区域内金属变形/变性/互连所需的能量,来自于超声波功率源通过换能系统所施加的微幅压剪动载.对热超声倒装键合过程的研究说明,PZT换能系统在热超声倒装键合工艺过程中的非线性动力学行为,如换能系统启动后的初值敏感性和不确定性,键合工具与换能杆之间的不稳定动力耦合,倒装芯片运动的奇异相轨线等,是深入研究键合机理以及提高工艺可靠性的重要关键.7.期刊论文隆志力.吴运新.王福亮芯片封装互连新工艺热超声倒装焊的发展现状-电子工艺技术2004,25(5)介绍了一种芯片封装互连新工艺热超声倒装芯片连接工艺.在比较当前多种芯片封装方式的基础上,总结了这一工艺的特点及优越性,并详细论述了当前这一工艺的技术进展与理论研究状况,指出该工艺是芯片封装领域中具有发展潜力的新工艺.8.学位论文邬博义焊膏的制备与细间距导电胶膜可靠性初步研究2003该论文在简要介绍了电子封装的基本工艺之后,从两种先进电子封装材料和技术着手开展了两部分工作:表面安装(SurfaceMountTechnology-SMT)焊膏的开发;各向异性导电胶(AnisotropicallyConductiveFilm-ACF)倒装芯片互连的机械热性能初步研究.研发出了一套拥有自主产权的焊膏材料与生产技术.从应用的角度提出了焊膏的构成部分-焊粉以及焊剂载体-物质的具体选用准则;并对配方中的溶剂、成膜剂、活性剂、触变剂及焊粉进行了优化设计;摸索出了一套合适的焊膏配制工艺步骤和参数;采用相关国际标准对所配制的焊膏进行了全面的性能测试并与国际流行的品牌焊膏进行了性能对比.提出了敏感剪切因子、粘度变化率随剪切速率变化关系、粘度抖动三个概念,用来表征焊膏的粘度及其变化特性:敏感剪切因子越大,焊膏的触变性越好;粘度变化率随剪切速率的变化越缓慢,焊膏的触变性范围越宽;粘度的正抖动越大,越不利于焊膏的抗塌落性能.研究了向异性导电胶膜倒装芯片互连的结合强度.采用热分析方法对各问异性导电胶膜的热固化行为进行了研究.9.期刊论文吴丰顺.张伟刚.张金松.吴懿平.WuFengshun.ZhangWeigang.ZhangJinsong.WuYiping无铅互连凸点电迁移失效的四探针测量-华中科技大学学报(自然科学版)2007,35(6)针对无铅互连电迁移失效这一高密度封装时面临的重要课题进行了研究.采用四探针法分别监测了电流密度为1.5×104A/cm2和2.2×104A/cm2时Sn3.5Ag0.5Cu互连凸点上电压的变化,发现电流密度为2.2×104A/cm2时凸点的平均电阻变化率超过电迁移失效的临界值10%,分析了其微观结构的扫描电镜照片,所提出的发生电迁移失效的电流密度值为凸点设计提供十分有用的数据.对无铅互连凸点的电迁移失效过程和四探针测量法的测量误差进行了分析,提出了采用四凸点结构提高测量精度的改进措施.10.期刊论文孙再吉微波多芯片模块