عملکرد مهاجرت الکتریکی لایه ریز توزیع مجدد مس (RDL) برای بسته بندی HDFO

عملکرد مهاجرت الکتریکی لایه ریز توزیع مجدد مس (RDL) برای بسته بندی HDFO

تمبر زمان: 18 ژانویه 2024، 3:05 صبح
گره منبع: 3069608

روند کوچک سازی دستگاه ها باعث افزایش تقاضای مداوم برای افزایش ورودی/خروجی (I/O) و چگالی مدار می شود و این نیازها توسعه یک بسته خروجی فن با چگالی بالا (HDFO) با لایه بازتوزیع مس ریز (Cu) را تشویق می کند. (RDL). برای برنامه های تلفن همراه و شبکه با عملکرد بالا، HDFO یک راه حل نوظهور است زیرا قوانین طراحی تهاجمی را می توان در HDFO در مقایسه با انواع بسته های دیگر مانند سطح ویفر Fan-Out (WLFO) اعمال کرد. HDFO امکان مونتاژ بیش از یک تراشه را در یک بسته فراهم می کند و عمدتاً Cu RDL خوب برای اتصال تراشه ها استفاده می شود. علاوه بر این، HDFO را می توان در سطح ویفر و بستر بسته به کاربرد ساخت که از نظر اندازه بسته بندی مقیاس پذیری بهتری دارد.

Cu RDL در HDFO با یک لایه دی الکتریک مانند پلی آمید (PI) تعبیه شده است و سیگنال را بین تراشه ها یا از بستر به تراشه منتقل می کند. با عبور جریان از Cu RDL، گرما در هادی به دلیل تولید گرمایش ژول انباشته می شود. این تجمع گرما می تواند باعث کاهش عملکرد شود. از آنجایی که چگالی جریان مورد نیاز و دمای گرمایش ژول در ساختار Cu RDL خوب در حال افزایش است، به عنوان یک عامل مهم در عملکرد بسته بندی HDFO در نظر گرفته می شود.

از آنجایی که Cu RDL ریز باید عملکرد قابلیت اطمینان بالایی داشته باشد، ساختارهای مختلفی از RDL اخیراً معرفی شده است، مانند ردیابی RDL تعبیه شده (ETR) و ردیابی مس پوشیده شده با دی الکتریک معدنی برای اتصالات متقابل با چگالی بالا و عملکرد قابلیت اطمینان [1، 2]. مطالعات بسیاری در مورد ارزیابی عملکرد قابلیت اطمینان Cu RDL خوب نیز انجام شده است.

مهاجرت الکتریکی (EM) یکی از موارد برای ارزیابی قابلیت اطمینان Cu RDL و عملکرد مشخصه الکتریکی است. EM یک مکانیسم کنترل شده توسط انتشار با حرکت تدریجی اتم های فلز در رسانا در نتیجه جریان الکترون است. این انتقال جرم اتم های فلزی منجر به تشکیل حفره ها در سمت کاتد و تپه در سمت آند هادی می شود. این فرآیندها منجر به از دست دادن تداوم الکتریکی می شود. رفتار انتقال الکتریکی تحت تأثیر اندازه ویژگی، شرایط تنش، جهت جریان الکترون و ساختار آزمایشی مانند متالورژی اتصال قرار می‌گیرد. در مورد آزمایش Cu RDL EM، نه تنها نیروی جریان الکترون بلکه گرادیان حرارتی نیز در هادی وجود دارد، بنابراین تخریب EM به پتانسیل الکتریکی و انرژی حرارتی نسبت داده می‌شود [3].

با استفاده از نتایج تست EM می توان حداکثر چگالی جریان مجاز یا طول عمر را در شرایط میدانی خاص پیش بینی کرد. آزمایش‌های EM که تحت شرایط شتاب‌دهی انجام می‌شوند و برون‌یابی براساس داده‌های تجربی EM می‌توانند برای تخمین مقادیر فعلی یا طول عمر یک مورد استفاده استفاده شوند. برای محاسبه، مدل بلک که توسط جیمز بلک در سال 1969 منتشر شد، به طور گسترده استفاده می شود. برخی از عوامل در این مدل با برازش مدل توزیع شکست مانند Weibull و توزیع لگ نرمال تعیین می شوند. در این مقاله، مشخصه یابی EM و نتایج تجزیه و تحلیل شکست Cu RDL با ≤ 10 میکرومتر در یک بسته HDFO تحت شرایط مختلف جریان و دما شرح داده شده است. علاوه بر این، نسبت افزایش یافته حداکثر جریان مجاز تخمینی تحت چندین شرایط استفاده از دمای عملیاتی و طول عمر ارائه شده است.

ساختار Cu RDL در بسته HDFO

یک بسته HDFO برای آزمایش Cu RDL EM ساخته شد. اندازه بدنه و قالب بسته به ترتیب 8.5 در 8.5 میلی متر و 5.6 میلی متر در 5.6 میلی متر بود. تلویزیون HDFO دارای ساختار RDL چند لایه است که دارای سه لایه ضخامت 3 میکرومتر و لایه دانه Ti/Cu برای هر RDL است. همچنین، پلی‌آمید به‌عنوان یک ماده دی‌الکتریک در اطراف مس RDL ریز به کار رفت. در بالای ساختار RDL برجستگی ستون مس، قالب و قالب وجود دارد. نوع قالب روی قالب است که قسمت بالای قالب را می پوشاند. ساختار کلی Cu RDL در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1: نمای مقطعی خودروی آزمایشی HDFO با سه RDL آن.

یک مس RDL مستقیم با طول 1000 میکرومتر، عرض 2 و 10 میکرومتر طراحی و آزمایش شد. Cu RDL پایین ترین لایه (RDL3) در HDFO بود. چهار توپ آرایه شبکه توپ (BGA) به مس RDL آزمایش شده برای فشار جریان و سنجش ولتاژ متصل شدند. شکل 2 تصویر شماتیک طرح RDL آزمایش شده را نشان می دهد.

شکل 2: طراحی Cu RDL برای آزمایش مهاجرت الکتریکی. 'F' و 'S' به ترتیب به معنای فشار جریان و سنجش ولتاژ هستند.

تست مهاجرت الکتریکی

وسیله نقلیه آزمایشی HDFO برای اتصال الکتریکی با سیستم آزمایش EM روی تخته آزمایش نصب شد و پس از نصب سطحی، پر کردن دوم استفاده نشد. عرض 10 میکرومتر Cu RDL تحت جریان مستقیم 7.5، 10 و 12.5 x 10 تحت تنش قرار گرفت.5A/cm2 و دمای 174، 179، 188 و 194 درجه سانتی گراد. تست Cu RDL EM عرض 2 میکرومتر نیز تحت جریان مستقیم 12.5 x 10 آزمایش شد.5A/cm2 و دمای 157 درجه سانتی گراد شرایط آزمایش در جدول 1 نشان داده شده است. دمای آزمایش به عنوان دما در Cu RDL در نظر گرفته می شود. بنابراین دمای فر با جبران مقدار حرارت ژول تنظیم شد. کالیبراسیون گرمایش ژول در هر جریان تنش انجام شد زیرا به مقدار چگالی جریان بستگی دارد.

برای کالیبراسیون گرمایش ژول، مقاومت در دماهای چندگانه تحت شرایط جریان کم و تنش اندازه‌گیری شد. جریان کم به عنوان شرایطی در نظر گرفته می شود که گرمایش غیر ژول ایجاد می کند. مقدار مقاومت با افزایش دمای محیط افزایش می‌یابد و رفتار تغییر مقاومت در شرایط جریان پایین برای به دست آوردن مقدار ضریب مقاومت حرارتی (TCR) استفاده می‌شود. پس از اندازه‌گیری مقاومت در چند شرایط دمایی، میزان گرمایش ژول با استفاده از TCR و اختلاف مقاومت بین شرایط جریان پایین و آزمایش محاسبه شد. دمای گرمایش ژول محاسبه شده برای هر شرایط فعلی آزمایش و دمای مس RDL با عرض 10 میکرومتر در جدول 2 نشان داده شده است.

جدول 1: شرایط آزمایش Cu RDL EM خط ریز.

جدول 2: دمای گرمایش ژول و دمای rdl. چهار شرایط آزمون برای آزمون ریز Cu RDL EM انجام شد.

تست EM تا 100% افزایش مقاومت ادامه یافت و معیار تعیین زمان شکست (TTF) برای محاسبه حداکثر جریان مجاز روی 20% افزایش مقاومت تنظیم شد. معیار درصد افزایش مقاومت در صورتی مؤثرتر شناخته می شود که همه سازه ها مقاومت اولیه بسیار مشابهی را نشان دهند. مقاومت اولیه تحت شرایط تنش 0.7 تا 0.8 اهم برای مس RDL عرض 10 میکرومتر بود، بنابراین مقادیر کاملاً مشابه یکدیگر به نظر می رسید. در طول تست EM، مقاومت Cu RDL با استفاده از روش اندازه‌گیری 4 نقطه‌ای اندازه‌گیری شد. تعداد نمونه های آزمایشی برای تجزیه و تحلیل آماری معنی دار 18 تا 20 نمونه تعیین شد.

علاوه بر یک میکروسکوپ نوری، پرتو یون متمرکز (FIB) / میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM) برای تجزیه و تحلیل شکست برای درک تخریب در طول آزمایش مهاجرت الکتریکی استفاده شد. علاوه بر تجزیه و تحلیل تصویر از بالا، نواحی خاصی با آسیاب یونی گالیم (Ga) برش داده شدند تا کاهش مساحت مس RDL توسط اکسیداسیون مس و حفره‌ها مشاهده شود.

رفتار تغییر مقاومت

رفتار افزایش مقاومت مس RDL عرض 10 میکرومتر در طول آزمایش EM در شکل 3 نشان داده شده است. روند افزایش مقاومت را می توان به دو حالت مختلف تقسیم کرد. در مرحله اولیه، مقاومت به طور پیوسته افزایش یافت، اما پس از رسیدن به یک افزایش مقاومت، درصد، تغییر مقاومت به سرعت رخ داد. دلیل دو مرحله افزایش مقاومت این است که حالت های شکست که به طور غالب در هر مرحله رخ می دهد متفاوت است.

طول عمر متفاوت بر اساس شرایط دما و توزیع زمان تا شکست (TTF) در شرایط آزمایش یکسان نیز در شکل 3 نشان داده شده است. تخمین زده شد که دلیل توزیع در TTF در شرایط یکسان به دلیل اندازه دانه های مختلف هر مس RDL است. در میان خودروهای آزمایشی مسیرهای انتشار برای اتم های فلز مس عبارتند از مرزهای دانه، رابط مواد و فلز توده، و انرژی های فعال سازی هر مسیر انتشار متفاوت است. از آنجایی که انرژی فعال سازی مرز دانه یا رابط ماده کمتر از فلز توده است، انتشار از طریق مرز دانه یا رابط ماده در طول EM غالب تر است. بنابراین، اندازه دانه عامل مهمی است که TTF را در طول آزمایشات EM تعیین می کند [4].

در صورت چگالی جریان کمتر 7.5A/cm2اکثر نمونه ها نسبت به جریان بالا 12.5A/cm افزایش مقاومت کمتر و منحنی نرم تری نشان دادند.2 همانطور که در شکل 3 (ج) نشان داده شده است. بر اساس نتایج، انتظار می‌رفت که این شرایط جریان پایین می‌تواند حالت خرابی کمتری نسبت به شرایط جریان بالا داشته باشد، اما حالت شکست بین شرایط جریان بالا و جریان پایین تفاوت معنی‌داری نداشت. در مطالعه بعدی، قرار است تحلیل شکست با توجه به مراحل رفتار تغییر مقاومت انجام شود.

آزمایش EM اضافی با مس RDL عرض 2 میکرومتر تحت شرایط چگالی جریان مشابه (12.5×10 انجام شد.5A/cm2) به عنوان عرض 10 میکرومتر Cu RDL و شرایط دمای پایین تر. نمودار افزایش مقاومت در طول آزمایش EM در شکل 4 نشان داده شده است. در این مورد، رفتار تغییر مقاومت حتی در زمان آزمایش طولانی تا 10 Khrs فقط به طور پیوسته افزایش مقاومت نشان داد که با عرض 10 میکرومتر مورد Cu RDL متفاوت بود. بر اساس رفتار تغییر مقاومت متفاوت بین شرایط دمای پایین و بالا، این مشکوک بود که حالت های شکست در دمای بالا و پایین یکسان نیستند. همچنین، انتظار می‌رود که حالت شکست مس با عرض 2 میکرومتر RDL عمدتاً به دلیل افزایش پیوسته مرحله مقاومت رخ دهد.

برای مس RDL عرض 10 میکرومتر، تعداد واحدهایی که معیارهای شکست 20% و افزایش مقاومت 100% را برآورده می‌کنند در جدول 3 نشان داده شده است. هنگامی که زمان آزمایش 20 ساعت بود، درصد مقاومت افزایش می یابد. از آنجایی که تعداد واحدهای شکست برای انجام تجزیه و تحلیل آماری کافی بود، آزمایش EM در ساعت 8,000 متوقف شد. همچنین، داده های EM که در آن مقاومت 100٪ افزایش یافته است، ایمن است، بنابراین می توان حداکثر ظرفیت جریان را بسته به معیارهای مختلف خرابی محاسبه کرد.

شکل 3: رفتار افزایش مقاومت در طول تست EM 10-میکرون عرض RDL، 12.5A/cm2 جریان و (الف) در 174 درجه سانتیگراد و (ب) دمای 194 درجه سانتیگراد و (ج) 7.5A/cm2 و 188 درجه سانتی گراد

شکل 4: رفتار افزایش مقاومت در طول آزمایش EM با عرض 2 میکرومتر RDL. شرایط آزمون چگالی جریان 12.5A/cm بود2 و دمای 157 درجه سانتیگراد

جدول 3: تعداد واحدهای شکست خورده 10-µعرض m Cu RDL برای هر شرط.

تجزیه و تحلیل حالت شکست

برای درک مکانیسم شکست تست ریز Cu RDL EM، یک میکروسکوپ نوری و FIB/FESEM برای مشاهده نمای بالا و مقطع استفاده شد. شکل 5 عرض 2 میکرومتر و 10 میکرومتر Cu RDL را پس از نصب سطحی روی تخته آزمایش نشان می دهد. ضخامت و عرض به خوبی با مقادیر طراحی مطابقت داشت و هیچ گونه ناهنجاری مانند سطح ناهموار، حفره ها و لایه لایه شدن بین Cu و PI در Cu RDL وجود نداشت. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، تایید شد که اندازه دانه در RDL متفاوت است. از آنجایی که عیوب می توانند بر عملکرد انتقال الکتریکی تأثیر بگذارند، کیفیت Cu RDL باید قبل از آزمایش EM بررسی شود.

شکل 5: تصویر FIB/FESEM از Cu RDL پس از نصب روی سطح: (الف) 10 میکرومتر و (ب) عرض 2 میکرومتر.

در مورد مس RDL با عرض 10 میکرومتر، حالت های خرابی مختلفی مشاهده شد که در شکل 6 ارائه شده است. ابتدا لایه لایه شدن و اکسید مس بین Cu RDL و غیرفعال سازی مشاهده شد که منجر به کاهش مساحت RDL مس شد و عمدتاً به آن نسبت داده شد. مقاومت افزایش می یابد کاهش مساحت مس RDL همچنین منجر به ازدحام فعلی و دمای بالاتر در RDL و تخریب EM نیز تسریع شد. در طول آزمایش EM، حفره‌ها به دلیل مهاجرت اتم‌های مس ایجاد شدند و به نظر می‌رسید لایه‌برداری از رشد حفره‌ها در امتداد رابط بین غیرفعال‌سازی و مس RDL حاصل شود. مقدار توان چگالی فعلی نشان می دهد که کدام پدیده بین هسته زایی و رشد غالب تر است. [5] با توجه به لایه اکسید مس و انتشار در PI، به نظر می‌رسد که انتشار مس به دلیل جریان الکترون یا/و گرادیان حرارتی تسریع شده است، زیرا در RDL2 (EM آزمایش نشده)، هیچ لایه اکسیدی روی لایه دانه Ti/Cu وجود ندارد. همانطور که در شکل 6 (ب) نشان داده شده است، به عنوان یک لایه مانع عمل کنید.

بین Cu RDL2 و PI تنها حفره‌ها و لایه اکسید مس مشاهده شد که ناشی از تنش حرارتی است. به عبارت دیگر، حالت خرابی مشاهده شده در Cu RDL2 را می توان به عنوان یکی از ذخیره سازی با دمای بالا (HTS) برای مدت طولانی در نظر گرفت.

شکل 6: میکروسکوپ نوری و تصویر FIB/FESEM با عرض 10 میکرومتر Cu RDL پس از آزمایش در 12.5×105A/cm2، 174 درجه سانتی گراد: (الف) اکسید مس و لایه لایه شدن در RDL3 آزمایش شده و (ب) بدون اکسیداسیون مس روی لایه دانه Ti/Cu در RDL2 (EM آزمایش نشده).

برخلاف Cu RDL با عرض 10 میکرومتر، Cu RDL عرض 2 میکرومتر لایه لایه شدن بین Cu RDL و PI را نشان نمی دهد، همانطور که شکل 7 نشان می دهد. از مس RDL با عرض 2 میکرومتر کمتر آسیب دیده، گمان می رود که رشد فضای خالی در امتداد سطح مشترک بین Cu RDL و PI منجر به لایه لایه نشان داده شده در عرض 10 میکرومتر Cu RDL شود. علاوه بر این، در نظر گرفته شد که این لایه‌برداری می‌تواند عاملی اساسی برای افزایش مقاومت در مرحله دوم باشد. برنامه ریزی شده است که مطالعه ای برای مهاجرت الکتریکی مس RDL 2 میکرومتر تحت شرایط جریان بالاتر برای مقایسه حالت شکست و مقادیر پارامتر در معادله بلک با نتایج مهاجرت الکتریکی مس RDL 10 میکرومتر انجام شود. همچنین انتظار می‌رود که از طریق این مطالعه بیشتر حالت شکست هر مرحله افزایش مقاومت مشخص شود.

شکل 7: میکروسکوپ نوری و تصویر FIB/FESEM با عرض 2 میکرومتر Cu RDL پس از آزمایش در 12.5×105A/cm2157 درجه سانتیگراد: (الف) خالی شدن اکسید مس در RDL3 و (ب) محورهای مختلف آسیاب FIB در مس RDL3.

شبیه سازی گرمایش ژول

برای پیش‌بینی مقدار مکان‌های گرمایش و خرابی ژول، شبیه‌سازی الکتریکی-حرارتی برای مس RDL عرض 10 میکرومتر انجام شد. هنگامی که مقدار انباشت گرما در یک رد مس متفاوت است، شدت شکست می تواند بر اساس مکان متفاوت باشد زیرا آسیب EM نه تنها به دلیل نیروی جریان الکترون بلکه به دلیل گرادیان حرارتی است. همانطور که در شکل 8 ارائه شده است، طراحی آزمایشی واقعی و ساختار تلویزیون HDFO و برد آزمایشی در یک مدل شبیه‌سازی منعکس شد و هدایت حرارتی موثر هر سازه نیز اعمال شد. جدول 4 طرحی از آزمایشات (DOE) را بر اساس دمای فر و جریان منبع نشان می دهد. دمای کوره را می توان به عنوان دمای محیط در نظر گرفت و انتظار می رود مقدار گرمایش ژول با جریان منبع تغییر کند. نتایج شبیه‌سازی حرارت ژول در شکل 9 نشان داده شده است. همچنین، مکانی که بالاترین دمای محلی را نشان می‌دهد، وسط Cu RDL است که در آن پدهای فلزی متصل می‌شوند، که به خوبی با مکان‌های شکست واقعی پس از آزمایش EM مطابقت داشت. به طور خلاصه، نتایج شبیه‌سازی گرمایش ژول به خوبی با نتایج آزمایش EM واقعی از نظر میزان گرمایش ژول و مکان‌های شکست مطابقت داشت، که برای درک تخریب EM Cu RDL و پیش‌بینی مکان‌های شکست مفید بود.

شکل 8: مدل شبیه سازی گرمایش ژول برای مس RDL عرض 10 میکرومتر.

جدول 4: DOE برای شبیه سازی گرمایش ژول.

شکل 9: نتایج شبیه سازی گرمایش ژول: (الف) کانتور دما و نقطه نشان دهنده بالاترین دما در زیر 12.5 x 105A/cm2 و 137 درجه سانتی گراد (ب) مقایسه مقدار گرمایش ژول بین آزمایش و شبیه سازی.

محاسبه ظرفیت حمل فعلی

برای محاسبه ماکزیمم جریان در شرایط میدانی، معادله بلک که با زمان تا شکست در آزمایش‌های مهاجرت الکتریکی مرتبط است، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

MTTF = AJ-n exp (Ea/Kt) (1)

در جایی که MTTF میانگین زمان شکست است، A ثابت تجربی، J چگالی جریان، n توان چگالی جریان، E است.a انرژی فعال سازی (eV) است، K ثابت بولتزمن است (8.62×10-5 eV/K) و T دما (K) است. برای تعیین پارامتر معادله بلک مانند A، n و Ea، ابتدا باید تجزیه و تحلیل آماری انجام شود. این بسیار مهم است زیرا برون یابی به درصد شکست کمتر بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل آماری برای تخمین ظرفیت حمل فعلی استفاده می شود. دو روش معمولی برای توصیف توزیع شکست EM عبارتند از Weibull و نمودارهای لگ نرمال. توزیع لگ نرمال هنگام تجزیه و تحلیل شکست خط فلزی و گذرگاه ترجیح داده می شود، در حالی که مدل Weibull معمولاً زمانی استفاده می شود که ساختار آزمایش دارای عناصر مستقل زیادی باشد که می تواند باعث شکست مانند یک ضربه و مهاجرت الکتریکی توپ BGA شود. [6] از آنجایی که انتخاب مدل اتصال می تواند هنگام تخمین حداکثر جریان در یک مورد استفاده حیاتی باشد، مطالعه ای در رابطه با مدل توزیع در مهاجرت الکتریکی نیز انجام شده است [7]. در این مطالعه، یک توزیع لگ نرمال به عنوان مدل برازش انتخاب شد و نمودار توزیع لگ نرمال مس RDL عرض 10 میکرومتر در شکل 10 نشان داده شده است.

حداکثر ظرفیت حمل جریان با این فرض محاسبه شد که حالت خرابی بین این آزمون و مورد استفاده یکسان است و معادله بلک برای هر دو شرایط آزمایش شتاب و شرایط میدان معتبر است. حداکثر ظرفیت جریان در حالت استفاده با استفاده از معادله 2 برآورد شد. در این مورد، میزان شکست 0.1% در نظر گرفته شد و مقدار 3.09 از امتیاز Z توزیع لگ نرمال استاندارد بدست آمد.

J = [A exp (Ea/KT – 3.09σ)/TTF]-n              (2)

جایی که T دمای شرایط استفاده و TTF طول عمر مورد انتظار در مورد استفاده است. برای عرض 10 میکرومتر Cu RDL، Ea و n به ترتیب 0.74/1.88 و 1/2 تعیین شد. به طور کلی، مقادیر انرژی فعال سازی و توان چگالی جریان به ترتیب 2 و 1 شناخته می شوند. علاوه بر این، مقدار توان چگالی جریان XNUMX و XNUMX به‌ترتیب به‌عنوان کنترل‌شده با هسته‌زایی و کنترل‌شده با رشد در نظر گرفته می‌شوند. در این آزمایش EM، مکانیسم شکست به نظر می‌رسد ترکیبی از هسته‌زایی و رشد است، و به طور خاص، هسته‌زایی فضای خالی غالب‌تر است. اگر مکانیسم شکست به دلایلی مانند شرایط آزمایش شدید یا ساختار آزمایش متفاوت با این مطالعه مشابه نباشد، مقدار تخمینی می‌تواند متفاوت باشد. معمولاً، مقدار توان چگالی جریان (n) زمانی افزایش می‌یابد که شرایط بیش از حد تنش، تخریب EM با گرمایش ژول را تسریع می‌کند.

جدول 5 نسبت افزایش حداکثر جریان مجاز تخمینی را در مقایسه با مقدار در شرایط مزرعه نشان می دهد که طول عمر 100,000 ساعت، چرخه کاری 100٪ و نرخ شکست 0.1٪ است. مقدار مرجع برای مقایسه عرض 10 میکرومتر در 125 درجه سانتیگراد است که به صورت 1 تنظیم می شود. هنگامی که دمای عملیاتی از 125 درجه سانتیگراد به 110 درجه سانتیگراد کاهش می یابد، ظرفیت فعلی تخمین زده شده برای 1.6 و 2.4 افزایش یافته است. عرض 10 میکرومتر، به ترتیب. معیارهای خرابی بر مقدار حداکثر جریان مجاز تأثیر می گذارد، بنابراین انتخاب حداکثر ظرفیت جریان برای یک طرح مهم است. همانطور که رابطه (15) نشان داد، حداکثر جریان به صورت تصاعدی افزایش می یابد - نه متناسب با دمای عملیاتی. هنگامی که این مقدار تخمین جریان برای طراحی ردیابی استفاده می شود، باید با جریان فیوزینگ RDL نیز در نظر گرفته شود زیرا یک نقطه تلاقی بین حداکثر جریان مجاز محاسبه شده و جریان فیوزینگ واقعی وجود دارد.

شکل 10: توزیع Lognormal برای رسم احتمال شکست در عرض 10 میکرومتر Cu RDL.

جدول 5: نسبت حداکثر جریان مجاز (mA) در چندین شرایط میدانی. مقدار عرض 10 میکرومتر در 125 درجه سانتیگراد برابر با 1 تنظیم می شود.

نتیجه گیری

رفتار مهاجرت الکتریکی و حالت شکست Cu RDL خط ریز برای بسته‌های فن‌آوت با چگالی بالا در این مطالعه گزارش شد. عرض آزمایش شده Cu RDL 2- و 10-μm بود و افزایش مقاومت به دلیل تخریب توسط الکترومیگراسیون برای هر شرایط آزمایش متفاوت بود. در مورد مس RDL با عرض 10 میکرومتر، دو مرحله وجود داشت که رفتار تغییر مقاومت‌های متفاوت را نشان می‌داد. در گام اول، مقاومت به طور پیوسته افزایش یافت و انتظار می‌رفت که هسته‌زایی و رشد خالی به عنوان پدیده‌ای که عمدتاً در مرحله اول رخ می‌دهد، باشد. مرحله دوم بخشی است که در آن مقاومت به سرعت افزایش می یابد. این مرحله فقط در مورد Cu RDL عرض 10 میکرومتر نشان داده شد که لایه لایه شدن بین Cu RDL و PI متفاوت از RDL عرض 2 میکرومتر آزمایش شده با دمای پایین را نشان داد و فقط اکسید مس و حفره ها را نشان داد. بنابراین، نتیجه گیری شد که این لایه لایه شدن ناشی از رشد فضای خالی، عامل عمده ای است که بر افزایش مقاومت در مرحله دوم تأثیر می گذارد.

حالت شکست مشاهده شده پس از مهاجرت الکتریکی کاهش مساحت مس به دلیل اکسیداسیون مس و تولید/رشد حفره‌ها بود. از آنجا که مهاجرت مس به PI نیز مشاهده شد، به نظر می‌رسید که به دلیل جریان الکترون یا/و گرادیان حرارتی تسریع شود. از آنجایی که یک تخریب حرارتی PI باید در آزمون Cu RDL EM در نظر گرفته شود، یک شبیه‌سازی الکتریکی-حرارتی برای پیش‌بینی موقعیت ضعیف که به راحتی آسیب می‌بیند انجام شد و نتایج به خوبی با نتایج آزمایش واقعی مطابقت داشتند. علاوه بر این، مقدار گرمایش ژول به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی تقریباً مشابه مقادیر واقعی تجربی بود.

بر اساس نتایج Cu RDL EM عرض 10 میکرومتر، معادله بلک تکمیل شد تا حداکثر ظرفیت حمل جریان را بتوان محاسبه کرد. برای تجزیه و تحلیل آماری از توزیع لگ نرمال با مقدار محاسبه شده Ea استفاده شد و توان چگالی جریان به ترتیب 0.74/1.88 و XNUMX/XNUMX بود. حداکثر جریان تخمین زده شده در شرایط میدانی می تواند برای طراحی RDL مفید باشد، اما ملاحظاتی مانند مقدار جریان ذوب واقعی و وابستگی توان Ea و چگالی جریان به حالت شکست و شرایط آزمایش وجود دارد.

تصدیق

این تحقیق توسط مرکز تحقیق و توسعه جهانی Amkor Technology پشتیبانی شده است. نویسندگان می‌خواهند از تیم تحقیقاتی تحقیق و توسعه/تحقیق مواد برای تهیه تلویزیون با فن‌آوت با چگالی بالا تشکر کنند. همچنین با تشکر از همکاران آزمایشگاه R&D که برای آماده سازی DUT و تجزیه و تحلیل شکست همکاری کردند.

منابع

  1. S. Jin، W. Do، J. Jeong، H. Cha، Y. Jeong و J. Khim، "بسته بندی فن آوری یکپارچه فن آوری یکپارچه ویفر سیلیکونی (S-SWIFT) با ردیابی RDL Fine Pitch Embedded،" IEEE 2022nd 72 کنفرانس قطعات و فناوری الکترونیک (ECTC)، 2022، صفحات 1355-1361، doi: 10.1109/ECTC51906.2022.00218.
  2. H. Kudo و همکاران، "تظاهرات مقاومت الکتریکی بالای لایه توزیع مجدد مس در مقیاس زیر 2 میکرون برای بسته بندی پیشرفته ریز"، 2017 IEEE CPMT Symposium ژاپن (ICSJ)، 2017، صفحات 5-8، doi : 10.1109/ICSJ.2017.8240055.
  3. C.-L. لیانگ، Y.-S. لین، سی.-ال. Kao، D. Tarng و همکاران، "قابلیت انتقال الکترومغناطیسی بسته‌بندی پیشرفته فن‌آوری با چگالی بالا با خط بازتوزیع مس L/S با گام ریز 2μm/2μm"، IEEE Transactions on Components Packaging and Manufacturing Technology, pp. 1438- ، 1445.
  4. M. Rovitto، "مسئله قابلیت اطمینان انتقال الکتریکی در اتصالات برای فناوری های یکپارچه سازی سه بعدی"، منتشر نشده است.
  5. M. Hauschildt و همکاران، "Electromigration اولیه شکست هسته ای و پدیده های رشد در Cu و Cu (Mn) اتصالات، 2013 IEEE Reliability Physics Symposium، Monterey، CA، ایالات متحده آمریکا، 2013، pp. 2C.1.1- 2C.1.6، doi: 10.1109/IRPS.2013.6531951.
  6. JEP154، "راهنمای مشخص کردن هجوم الکتریکی برجستگی لحیم کاری تحت تنش جریان و دمای ثابت،" JEDEC، 2008.
  7. A. Basavalingappa، JM Passage، MY Shen و JR Lloyd، "Electromigration: Lognormal در مقابل توزیع Weibull"، 2017 IEEE International Integrated Reliability Workshop (IIRW), South Lake Tahoe, CA, USA, 2017, pp. 1-4, doi: 10.1109/IIRW.2017.8361224.

تمبر زمان:

بیشتر از نیمه مهندسی