图11.5剪切试验中倒装芯片试样的光学照片对电迁移对焊料接头剪切行为的影响进行研究，图11.5所示为倒装芯片键合到有机基板上的组件的光学照片，其中大的白色箭头为施加在芯片上推动芯片的力，并对芯片和电路板间的焊料接头产生剪切力。图11.6所示为第二组施加电迁移的试样断口俯视图的SEM照片。剪切试验中菊花链交替失效的现象表明电迁移通过阴极界面处的孔洞形成弱化了阴极界面，这与拉伸试验的结果类似。......
2023-06-20
电迁移和热迁移的影响因素与控制方法
【摘要】：焦耳热不仅会增加焊料凸点的温度，从而增加电迁移速率，还可能在焊料凸点上产生小的温度差，从而导致热迁移。热迁移将在第12章中讨论。焊料接头中另一个非常独特和重要的电迁移行为是它有两个反应界面。图1.16所示为阴极接触界面处电迁移导致的失效的SEM横截面照片，其中额定电流密度约为2×104 A/cm2，试验温度为100℃。图1.16一组由倒装芯片焊料接头阴极处的电流拥挤造成的14μm厚的金属Cu的UBM层溶解导致的电迁移失效SEM照片
现在的封装设计规则是在五个焊料凸点上分配1 A电流，或者说每个凸点承受0.2 A的电流。对于直径为100μm的焊料凸点，电流密度约为2×103 A/cm2。由于凸点的接触面积远小于其横截面，所以当电流进入焊料凸点时，实际电流密度可以比理论值高2倍。虽然该电流密度比Al或Cu互连线中的电流密度小约2个数量级，但由于焊料合金的熔点低，原子扩散系数高，因此焊料凸点中的电迁移不能被忽略[21-24]。对于熔点为183℃的共晶锡铅焊料，从数值上来讲，当以绝对温标K为单位时，室温约为其熔点的2/3。对于无铅焊料也有相似的情况。第二个原因是焊料合金“临界值”较低，使其在非常低的电流密度甚至在低至5×103 A/cm2条件下也可能发生电迁移。这一点将在第8章中详细讨论。第三个原因是互连线与凸点所形成的几何结构，使得在互连线和焊料凸点连接处存在一个电流密度的突变，导致互连线与凸点接触界面处发生电流拥挤，此外，电流密度比凸点中的平均电流密度高10~20倍。从电迁移失效的角度来说，电流拥挤效应是倒装芯片焊料接头中最严重的可靠性问题[25]。第四个原因是凸点与接触的Al或Cu互连线之间产生的焦耳热。焦耳热不仅会增加焊料凸点的温度，从而增加电迁移速率，还可能在焊料凸点上产生小的温度差，从而导致热迁移。在100μm直径的焊料凸点上，10℃的温度差将造成1 000℃/cm的温度梯度，这是不能忽视的[26]。热迁移将在第12章中讨论。
焊料接头中另一个非常独特和重要的电迁移行为是它有两个反应界面。在互连接头的阴极和阳极处，界面金属间化合物生长的极性效应都会发生。电迁移驱动原子从阴极运动到阳极，导致金属间化合物在阴极处趋向于溶解或生长受到抑制，而在阳极处堆积或生长受到促进[27-29]。图1.16所示为阴极接触界面处电迁移导致的失效的SEM横截面照片，其中额定电流密度约为2×104 A/cm2，试验温度为100℃。接触界面左上角的金属Cu的UBM层和Cu导线的溶解量随时间而不断增加的情况如图1.16（a）~图1.16（c）所示，图1.16（d）展现了Cu导线中孔洞的形成。因为失效是在电流进入焊料凸点的地方开始的，所以电流拥挤效应可以被非常清楚地看出来。这将在第9章中给出详细讨论。
图1.16 一组由倒装芯片焊料接头阴极处的电流拥挤造成的14μm厚的金属Cu的UBM层溶解导致的电迁移失效SEM照片
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2023-06-20
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热迁移驱动力的作用及调控方法详细阅读
当原子的跃迁距离为3×10-10 m时，驱动力所做的功为Δw＝4.8×10-27 N·m＝4.8×10-27 J，这个结果与我们理论计算出的热迁移时的热能改变量非常接近。因此如果电流密度104 A/cm2可在焊料接头中引起电迁移现象，那么在1 000℃/cm温度梯度下，焊料接头中也能发生热迁移。为了测出Q*，当知道原子通量时，可使用原子通量方程式，并在扩散系数、温度梯度和平均温度已知的情况下计算出Q*。在12.2.4节中，铅原子在热迁移中的转移热已通过使用式被估测出来了。......
2023-06-20
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倒装芯片焊料接头的热迁移和直流电迁移问题分析详细阅读
直流电迁移中存在着极化效应。然而我们需要考虑的是电迁移过程中热迁移的贡献。当电迁移产生的焦耳热在焊料接头上引起了1 000℃/cm的温度梯度时就会出现热迁移。若假设硅芯片侧的温度较高，热迁移就会驱使主要扩散元素向下运动，其方向与下移电子引起的电迁移相同，因此电迁移和热迁移效应会累加。然而在右侧的凸点中，电迁移会使原子向与热迁移相反的方向运动，即这两种迁移效果互相抵消。......
2023-06-20
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2023-06-20
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铝条带长度与物质损耗的关系，可以用背应力的作用来进行解释。图8.6钛化氮基线上的一条铝质短条带的示意在分析这样的应力状态影响时，人们提出了在电场力和机械力的综合作用下的原子扩散过程为不可逆转的物理过程的设想。我们应注意到，上文中的背应力是由电迁移引起的，但外加应力和电迁移之间的相互作用是相同的。例如，在阳极施加的压应力会延缓电迁移现象。......
2023-06-20
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据观察，在150℃条件下的电迁移试验中，铅是主要的扩散元素。回流结束后，高铅焊料内会产生Cu3 Sn，但随着锡向热端扩散，Cu3 Sn转变为Cu6 Sn5。在硅侧的整个接触区域内，孔洞和Cu6 Sn5的分布是均匀的。......
2023-06-20
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不通电的复合焊点热迁移问题详细阅读
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2023-06-20
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