先进的包装是创造新的压力和导致可靠性问题。
而集成电路制造商担心电迁移很长一段时间,直到最近,大多数问题都集中在芯片上的互联。集成电路中的大尺寸包,在大多数情况下,改善散热,降低电流密度,消除了大部分电迁移风险。
在过去的几年里,然而,需要减少设备足迹面对慢死的伸缩带动进一步小型化。同时,增加使用半导体在不受控制的环境中,从智能手机到物联网传感器,使得散热更具挑战性。焊料和tsv芯片上的互联,这个故事是熟悉的制造商挤出更多电路元素更少的地区,电流密度和温度上升而散热变得更加困难。温度和电流密度电迁移的主要因素。增加了设备故障的风险。
焊接冶金学的影响
然而,焊接冶金远远比片上互连或复杂包插入器冶金学。焊接凸点本身是锡和铅或锡的合金和不同数量的银。在大多数情况下,凹凸铜线连接插入器或电路板。镍基under-bump金属化防止铜和锡之间的反应。
图1:焊料和插入器2.5 D包。照片由公司提供。
电流通过电阻加热焊接凸点原因。热量从包的其他部分也可能通过焊料消散。Sung-Su哈和他的同事们三星报道,过热会导致金属间化合物的形成化合物之间的接口焊接凸点和under-bump金属化。因为这些化合物可能会增加电阻的位置,还会出现更多的加热,可能导致热失控。
Silver-tin焊料有更高的活化能比铅锡焊料对电迁移,有助于稳定锡银微观结构。哈说,事实上,2.3%的银锡放弃四倍时间失败(T ^ 50岁的时候50%的样品都失败了)的焊料只有1.8%银。
从脂肪肿块细电线
在芯片上的互联,电流密度通常是恒定在一行或一个金属层,由于高度统一的维度。线的电迁移限制有些可预测,可以在设计阶段。然而,在包,突然金属成分和电流密度的变化发生在当前路径。例如,当电流跟踪和铜焊接凸点之间,它遇到电阻急剧变化和“当前拥挤”在相对狭窄的结点。厚度,甚至接触垫的形状有助于增加失败的风险。例如,在模拟报告在2014年的电子系统集成技术会议,彝族李和他的同事们发现,八角形的接触垫最小电流密度和温度,可能通过允许一个更均匀分布的运营商通过焊接凸点的体积。
模拟在研究至关重要。测试结构不复制复杂的电流实际上被焊料的生产设备。Shiguo Rao在维特斯(Richard)半导体发现现实世界中FCBGA器件可以双测试结构预测的失败率。另一方面,凹凸变化大小、填充不足分布,在回流过程和包翘曲都可以影响失败率。随着包装小型化继续增加焊接凸点和线密度,看似微不足道的因素将成为越来越重要的设备性能。
包装客户可能要求更严格的过程控制。
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