A finom vonalú réz-újraelosztó réteg (RDL) elektromigrációs teljesítménye HDFO-csomagoláshoz

Az eszközök csökkenő tendenciája folyamatosan növekvő bemeneti/kimeneti (I/O) és áramkör-sűrűséggel kapcsolatos igényeket támaszt, és ezek az igények ösztönzik a nagy sűrűségű ventilátor-kimenet (HDFO) csomag kifejlesztését finom réz (Cu) újraelosztó réteggel. (RDL). A nagy teljesítményű mobil és hálózati alkalmazásokhoz a HDFO egy feltörekvő megoldás, mivel a HDFO-ra agresszív tervezési szabályok alkalmazhatók a többi csomagtípushoz, például a Wafer Level Fan-Out (WLFO) képest. A HDFO lehetővé teszi egynél több chip összeszerelését egy csomagban, és többnyire finom Cu RDL-t használnak a chipek összekapcsolására. Ezenkívül a HDFO az alkalmazástól függően ostya- és hordozószintben is elkészíthető, amely csomagméretet tekintve jobb skálázhatósággal rendelkezik.

A HDFO-ban lévő Cu RDL dielektromos rétegbe van beágyazva, például poliimidbe (PI), és továbbítja a jelet a chipek között vagy a hordozóról a chipre. Ahogy az áram átfolyik a Cu RDL-n, a Joule-melegedés következtében hő halmozódik fel a vezetőben. Ez a hőfelhalmozódás a teljesítmény romlását okozhatja. Mivel a szükséges áramsűrűség és a Joule fűtési hőmérséklet növekszik a finom Cu RDL szerkezetben, ez a HDFO csomagolási teljesítményének fontos tényezője.

Mivel a finom Cu RDL-nek nagy megbízhatósággal kell rendelkeznie, az RDL különféle struktúráit nemrégiben vezették be, mint például a beágyazott nyomkövető RDL (ETR) és a szervetlen dielektrikummal borított Cu nyom a nagy sűrűségű összekapcsolás és a megbízhatóság érdekében [1, 2]. Számos tanulmány készült a finom Cu RDL megbízhatósági teljesítményének értékelésével kapcsolatban is.

Az elektromigráció (EM) az egyik olyan elem, amely a Cu RDL megbízhatóságát és elektromos jellemzőinek teljesítményét értékeli. Az EM egy diffúzióval vezérelt mechanizmus a vezetőben lévő fématomok fokozatos mozgásával az elektronáramlás eredményeként. Ez a fématomok tömegtranszportja a vezető katódoldalán üregek, az anód oldalán pedig dombok kialakulásához vezet. Ezek a folyamatok az elektromos folytonosság elvesztéséhez vezetnek. Az elektromigrációs viselkedést befolyásolja a jellemző mérete, feszültségi állapota, az elektronáramlás iránya és a vizsgálati szerkezet, például a kötés kohászata. Cu RDL EM vizsgálat esetén nemcsak elektronáramlási erő, hanem termikus gradiens is van a vezetőben, így az EM degradáció az elektromos potenciálnak és a hőenergiának tulajdonítható [3].

Az EM vizsgálati eredmények segítségével megjósolható a maximális megengedett áramsűrűség vagy élettartam adott terepi körülmények között. A gyorsított körülmények között végzett EM tesztek és az EM kísérleti adatokon alapuló extrapoláció felhasználható egy használati eset aktuális vagy élettartam értékeinek becslésére. A számításokhoz széles körben használják Black modelljét, amelyet James Black tett közzé 1969-ben. Ebben a modellben néhány tényezőt a hibaeloszlási modell, például a Weibull és a lognormális eloszlás illesztése határoz meg. Ebben a cikkben a ≤ 10 µm-es Cu RDL EM-jellemzését és hibaelemzési eredményeit írjuk le HDFO-csomagban, különféle áram- és hőmérsékleti feltételek mellett. Ezen túlmenően a becsült maximálisan megengedhető áram megnövekedett aránya az üzemi hőmérséklet és az élettartam különböző használati körülményei között biztosított.

Cu RDL szerkezet HDFO csomagban

A Cu RDL EM teszteléséhez HDFO csomag készült. A csomagtest és a szerszám mérete 8.5 mm x 8.5 mm, illetve 5.6 mm x 5.6 mm volt. A HDFO TV többrétegű RDL szerkezettel rendelkezik, amely három 3 µm vastagságú réteggel és Ti/Cu magréteggel rendelkezik minden RDL-hez. A finom Cu RDL-t körülvevő dielektromos anyagként poliimidet is alkalmaztunk. Az RDL szerkezet felett rézoszlop dudor, szerszám és forma található. A forma típusa a szerszám felső oldalát borító forma felett. A teljes Cu RDL szerkezetét az 1. ábra mutatja.

1. ábra: A HDFO tesztjármű keresztmetszete a három RDL-vel.

Egy 1000 µm hosszúságú, 2 és 10 µm szélességű egyenes Cu RDL-t terveztek és teszteltek. A Cu RDL volt a legalsó réteg (RDL3) a HDFO-ban. Négy golyós rácstömb (BGA) golyót csatlakoztattunk a tesztelt Cu RDL-hez az áramerősítés és a feszültség érzékelése érdekében. A 2. ábra a tesztelt RDL-terv sematikus ábrázolását mutatja.

2. ábra: Cu RDL terv elektromigrációs teszthez. Az 'F' és 'S' áramkényszert, illetve feszültségérzékelést jelent.

Elektromigrációs tesztelés

A HDFO-tesztjárművet felületre szerelték a tesztlapra az EM-tesztrendszerrel való elektromos csatlakoztatás céljából, és a második alátöltést a felületi szerelés után nem alkalmazták. A 10 µm szélességű Cu RDL-t 7.5, 10 és 12.5 x 10 egyenáram mellett feszítették.⁵A/cm² és hőmérséklete 174, 179, 188 és 194 °C. A 2 µm szélességű Cu RDL EM tesztet 12.5 x 10 egyenáram mellett is tesztelték⁵A/cm² és hőmérséklete 157 °C. A vizsgálati körülményeket az 1. táblázat tartalmazza. A vizsgálati hőmérséklet a Cu RDL hőmérséklete. Ezért a kemence hőmérsékletét a Joule-melegítés mértékének kompenzálásával állítottuk be. A Joule fűtési kalibrációt minden feszültségi áramnál elvégeztük, mert ez függ az áramsűrűség mértékétől.

A Joule-fűtés kalibrálásához az ellenállást több hőmérsékleten mértük alacsony és feszültségi áramköri körülmények között. Az alacsony áramerősséget olyan állapotnak tekintik, amely nem Joule fűtést generál. Az ellenállás értéke növekszik a környezeti hőmérséklet növekedésével, és az ellenállás változási viselkedését alacsony áramköri feltételek mellett használják fel a termikus ellenállási együttható (TCR) értékének meghatározására. Néhány hőmérsékleti körülményen végzett ellenállásmérés után a TCR és az alacsony és a tesztáram közötti ellenállás-különbség segítségével kiszámítottuk a Joule-melegedés mértékét. Az egyes tesztáram-állapotok számított Joule fűtési hőmérsékletét és a 10 µm szélességű Cu RDL hőmérsékletét a 2. táblázat tartalmazza.

1. táblázat: A finom vonalú Cu RDL EM vizsgálati körülmények.

2. táblázat: Joule fűtési hőmérséklet és hőmérséklet rdl. A finom Cu RDL EM teszthez négy vizsgálati körülményt végeztünk.

Az EM-teszt addig folytatódott, amíg az ellenállás 100%-kal meg nem nőtt, és a meghibásodási idő (TTF) meghatározásának kritériuma a maximálisan megengedhető áramerősség kiszámításához 20%-os ellenállásnövekedés volt. Az ellenállás százalékos növekedésének kritériuma köztudottan akkor a leghatékonyabb, ha minden szerkezet nagyon hasonló kezdeti ellenállást mutat. A kezdeti ellenállás feszültség alatt 0.7-0.8 ohm volt 10 µm szélességű Cu RDL esetén, így az értékek meglehetősen hasonlóak voltak egymáshoz. Az EM teszt során a Cu RDL ellenállását 4 pontos mérési technikával mértük. Az értelmes statisztikai elemzés érdekében a vizsgálati minták számát 18-20 között határoztuk meg.

Az optikai mikroszkópon kívül fókuszált ionnyaláb (FIB)/mezőemissziós pásztázó elektronmikroszkópot (FESEM) is használtak a hibaelemzéshez, hogy megértsék az elektromigrációs teszt során bekövetkező degradációt. A felülnézeti képelemzésen kívül gallium (Ga) ion őrléssel keresztmetszettek bizonyos területeket, hogy megfigyeljék a Cu RDL terület csökkenését a réz oxidáció és az üregek miatt.

Az ellenállás változási viselkedése

A 10 µm szélességű Cu RDL ellenállásnövekedési viselkedése az EM teszt során a 3. ábrán látható. Az ellenállás növekedési trend két különböző módozatra osztható. A korai stádiumban az ellenállás folyamatosan nőtt, de bizonyos %-os ellenállásnövekedés elérése után gyorsan bekövetkezett az ellenállásváltozás. Az ellenállásnövekedés két szakaszának oka, hogy a dominánsan előforduló meghibásodási módok lépésenként eltérőek.

A hőmérsékleti viszonyok és a meghibásodásig eltelt idő (TTF) eloszlása ​​azonos vizsgálati körülmények között a 3. ábrán is látható. Becslések szerint a TTF azonos körülmények között történő eloszlásának oka az egyes Cu RDL-ek eltérő szemcsemérete volt. a tesztjárművek között. A rézfém atomok diffúziós útvonalai a szemcsehatárok, az anyag határfelülete és az ömlesztett fém, és az egyes diffúziós utak aktiválási energiái eltérőek. Mivel a szemcsehatár vagy az anyag határfelület aktiválási energiája alacsonyabb, mint az ömlesztett fémé, a szemcsehatáron vagy az anyag határfelületén keresztül történő diffúzió dominánsabb az EM során. Ezért a szemcseméret fontos tényező, amely meghatározza a TTF-et az EM tesztek során [4].

Alacsonyabb 7.5A/cm áramsűrűség esetén², a legtöbb minta kisebb ellenállásnövekedést és simább görbét mutatott a 12.5A/cm magas áramhoz képest² a 3. (c) ábrán látható módon. Az eredmények alapján várható volt, hogy ez a kisáramú állapot kevésbé súlyos meghibásodási móddal rendelkezhet, mint a nagyáramú állapot, de a hibaüzemmód nem látszott lényegesen különbözni a nagyáramú és gyengeáramú állapotok között. Egy további vizsgálat során a rezisztencia-változás viselkedésének lépéseire vonatkozó hibaelemzést terveznek.

További EM-tesztet végeztünk 2 µm szélességű Cu RDL-lel azonos áramsűrűség mellett (12.5×10).⁵A/cm²) 10 µm szélességű Cu RDL-ként és alacsonyabb hőmérsékleti körülmények között. Az EM tesztelés során bekövetkezett ellenállásnövekedés ábrázolását a 4. ábra mutatja be. Ebben az esetben az ellenállás-változás viselkedése a hosszú, 10 Khrs-ig terjedő tesztidőben is csak folyamatosan növekvő ellenállást mutatott, ami eltér a 10 µm szélességű Cu RDL esetétől. Az alacsony és magas hőmérsékleti viszonyok közötti eltérő ellenállásváltozási viselkedés alapján azt gyanították, hogy a meghibásodási módok magas és alacsony hőmérsékleten nem azonosak. Várható továbbá, hogy a 2 µm szélességű Cu RDL meghibásodási módja elsősorban a folyamatosan növekvő ellenállási fokozat miatt következett be.

A 10 µm szélességű Cu RDL esetében a 20%-os és 100%-os ellenállásnövekedési hibakritériumot kielégítő egységek száma a 3. táblázatban látható. Az összes vizsgált egység 20 órán belül teljesítette a 8,000%-os meghibásodási kritériumot, néhány egység pedig 100 alatti értéket mutatott. %-os ellenállásnövekedés, ha a tesztidő 10,000 10,000 óra volt. Mivel a meghibásodási egységek száma elegendő volt a statisztikai elemzés elvégzéséhez, az EM-tesztet 100 XNUMX órakor megszakították. Ezenkívül az EM adatok, ahol az ellenállás XNUMX%-kal nőtt, biztosítva vannak, így lehetséges a maximális áramkapacitás kiszámítása a különböző hibakritériumok függvényében.

3. ábra: Ellenállás növekedési viselkedés a 10-es EM teszt során-mikron szélesség RDL, 12.5A/cm² áram és (a) 174 °C és (b) 194 °C hőmérséklet és (c) 7.5 A/cm² és 188 °C.

4. ábra: Az ellenállásnövekedés viselkedése a 2 µm szélességű RDL EM tesztje során. A vizsgálati körülmények 12.5 A/cm áramsűrűség voltak² és hőmérséklete 157 °C.

3. táblázat: A hibás 10-es egységek számaµm szélességű Cu RDL minden feltételhez.

Hibamód elemzés

A finom Cu RDL EM teszt meghibásodási mechanizmusának megértéséhez optikai mikroszkópot és FIB/FESEM-et használtunk a felül- és keresztmetszeti nézet megfigyelésére. Az 5. ábra a Cu RDL 2 µm-es és 10 µm szélességét mutatja a tesztlapra történő felületi felszerelés után. A vastagság és a szélesség jól illeszkedett a tervezési értékekhez, és nem volt olyan rendellenesség, mint egyenetlen felület, üregek és delamináció a Cu és a PI között a Cu RDL-nél. Amint az 5. ábrán látható, megerősítést nyert, hogy a szemcseméret az RDL-ben változott. Mivel a hibák befolyásolhatják az elektromigrációs teljesítményt, a Cu RDL minőségét az EM teszt előtt ellenőrizni kell.

5. ábra: A Cu RDL FIB/FESEM képe felületi szerelés után: (a) 10-µm és (b) 2-µm szélesség.

A 10 µm szélességű Cu RDL esetében különböző meghibásodási módokat figyeltek meg, amint azt a 6. ábra mutatja. Először is delaminációt és réz-oxidot figyeltek meg a Cu RDL és a passziváció között, ami a Cu RDL területének csökkenéséhez vezetett, és főként az ún. az ellenállás növekedése. A Cu RDL területének csökkenése a jelenlegi zsúfoltságot és a magasabb hőmérsékletet is eredményezte az RDL-en és az EM degradációja is felgyorsult. Az EM-teszt során az üregek a rézatomok migrációja miatt keletkeztek, és úgy tűnt, hogy a delamináció a passziváció és a Cu RDL közötti határfelület mentén kialakuló üregek növekedéséből adódik. Az áramsűrűség kitevő értéke azt tükrözi, hogy melyik jelenség dominál jobban az üres magképződés és a növekedés között. [5] Ami a réz-oxid réteget és a PI-be való diffúziót illeti, úgy tűnt, hogy a réz diffúzió felgyorsult az elektronáramlás és/vagy a termikus gradiens miatt, mivel az RDL2-nél (nem EM tesztelt) nincs oxidréteg a Ti/Cu magrétegen. zárórétegként működjön, ahogy az a 6. (b) ábrán látható.

A Cu RDL2 és a PI között csak üregeket és réz-oxid réteget figyeltünk meg, amelyek a termikus stressz következményei. Más szóval, a Cu RDL2-nél megfigyelt hibamód hosszú ideig a magas hőmérsékletű tárolás (HTS) egyikének tekinthető.

6. ábra: 10 µm szélességű Cu RDL optikai mikroszkóp és FIB/FESEM képe 12.5×10-es teszt után⁵A/cm2, 174°C: (a) Cu-oxid és delamináció a vizsgált RDL3-nál és (b) nincs réz-oxidáció a Ti/Cu magrétegen az RDL2-nél (nem EM tesztelt).

A 10 µm szélességű Cu RDL-lel ellentétben a 2 µm széles Cu RDL nem mutatott delaminációt a Cu RDL és a PI között, amint azt a 7. ábra mutatja. A kevésbé sérült, 2 µm szélességű Cu RDL-ből azt gyanítják, hogy a Cu RDL és a PI közötti határfelület mentén az üregek növekedése a 10 µm szélességű Cu RDL-ben látható delaminációt eredményezett. Ezenkívül úgy ítélték meg, hogy ez a delamináció főként hozzájárulhat ahhoz, hogy a második szakaszban az ellenállás hirtelen megnövekedjen. A tervek szerint a 2-µm-es Cu RDL elektromigrációra nagyobb áramköri viszonyok mellett egy vizsgálatot végeznek a Black-egyenlet hibamód- és paraméterértékeinek összehasonlítására a 10-µm-es Cu RDL elektromigrációs eredményeivel. Ezen a további vizsgálaton keresztül várhatóan minden ellenállásnövelési lépés meghibásodási módját is meg kell határozni.

7. ábra: 2 µm szélességű Cu RDL optikai mikroszkóp és FIB/FESEM képe 12.5×10-es teszt után⁵A/cm², 157 °C: (a) Cu-oxid üreg az RDL3-nál és (b) különböző FIB marási tengely a Cu RDL3-on.

Joule fűtési szimuláció

A Joule-melegedés és a meghibásodási helyek mennyiségének előrejelzésére az elektromos-termikus szimulációt 10 µm szélességű Cu RDL-re végeztük. Ha a hőfelhalmozódás mértéke eltérő egy Cu-nyomban, a hiba súlyossága helyenként eltérő lehet, mivel az EM-károsodás nemcsak az elektronáramlási erőnek, hanem a termikus gradiensnek is köszönhető. A 8. ábrán látható módon a HDFO TV és a teszttábla tényleges vizsgálati felépítését és szerkezetét egy szimulációs modellben tükröztük, és az egyes szerkezetek effektív hővezető képességét is alkalmaztuk. A 4. táblázat a kísérletek tervét (DOE) mutatja be a sütő hőmérséklete és a forrásáram alapján. A sütő hőmérséklete környezeti hőmérsékletnek tekinthető, és a Joule melegítési mennyisége várhatóan a forrásáram függvényében változik. A Joule fűtési szimuláció eredményeit a 9. ábra mutatja. A szimulációs és a kísérleti érték között a Joule melegítési mennyiség különbsége 1.3-4.2°C volt, és a kettő értéke közel hasonló volt. Ezenkívül a legmagasabb helyi hőmérsékletet mutató hely a Cu RDL közepe volt, ahol a fémpárnák vannak csatlakoztatva, ami jól illeszkedett az EM-teszt utáni tényleges meghibásodási helyekhez. Összefoglalva, a Joule-fűtési szimulációs eredmények jól illeszkedtek a tényleges EM-teszt eredményeihez a Joule-fűtési mennyiség és a hibahelyek tekintetében, ami hasznos volt a Cu RDL EM-degradációjának megértésében és a meghibásodási helyek előrejelzésében.

8. ábra: Joule fűtési szimulációs modell 10 µm szélességű Cu RDL-hez.

4. táblázat: DOE Joule fűtési szimulációhoz.

9. ábra: Joule fűtési szimulációs eredmények: (a) hőmérséklet kontúr és a legmagasabb hőmérsékletet mutató pont a 12.5 x 10 alatt⁵A/cm² és 137 °C. (b) a Joule fűtési mennyiség összehasonlítása a kísérlet és a szimuláció között.

Jelenlegi teherbírás számítása

A terepi körülmények közötti maximális áram kiszámításához széles körben használják a Black-egyenletet, amely az elektromigrációs tesztekben a meghibásodás idejével függ össze.

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

Ahol MTTF a meghibásodásig eltelt átlagos idő, A az empirikus állandó, J az áramsűrűség, n az áramsűrűség kitevője, E_a az aktiválási energia (eV), K a Boltzmann-állandó (8.62×10^-5 eV/K) és T a hőmérséklet (K). A Black-egyenlet paramétereinek meghatározásához, például A, n és E_a, először statisztikai elemzést kell végezni. Ez nagyon fontos, mert a statisztikai elemzés eredményein alapuló alacsonyabb hibaszázalékra történő extrapolációt használnak az áramterhelhetőség becslésére. Az EM hibaeloszlásának leírására két tipikus módszer a Weibull és a lognormális diagram. A lognormális eloszlást részesítik előnyben a fémvezetékek és átmenők meghibásodásának elemzésekor, míg a Weibull-modellt általában akkor használják, ha a tesztszerkezetnek sok független eleme van, amelyek a meghibásodást okozhatják, például egy ütés és BGA golyó elektromigrációja. [6] Mivel az illesztési modell kiválasztása kritikus lehet a maximális áramerősség becslésekor egy használati esetben, az elektromigráció eloszlási modelljére vonatkozóan is készült egy tanulmány [7]. Ebben a vizsgálatban egy lognormális eloszlást választottunk illesztési modellként, és a 10 µm szélességű Cu RDL lognormális eloszlási diagramja a 10. ábrán látható.

A maximális áramterhelhetőséget abból a feltételezésből számítottuk ki, hogy a meghibásodási mód a teszt és a használati eset között azonos, és a Black-egyenlet érvényes mind a gyorsított tesztre, mind a terepi körülményekre. A használati eset maximális áramkapacitását a 2. egyenlet segítségével becsültük meg. Ebben az esetben a hibaarányt 0.1%-nak feltételeztük, a 3.09-es értéket pedig a standard lognormális eloszlás Z pontszáma adja.

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

Ahol T a használati körülmény hőmérséklete, a TTF pedig a használati esetben várható élettartam. 10 µm szélességű Cu RDL esetén az Ea és n értéke 0.74, illetve 1.88. Általában az aktiválási energia és az áramsűrűség kitevő értéke 1, illetve 2. Ezen túlmenően, a 2-es és 1-es áramsűrűség-exponens értékét általában üres gócképződés-vezéreltnek, illetve növekedés-szabályozottnak tekintik. Ebben az EM-tesztben a meghibásodási mechanizmus az üres gócképződés és a növekedés keverékének tűnt, pontosabban az üres gócképződés dominánsabbnak tűnt. Ha a meghibásodási mechanizmus bizonyos okok miatt, például súlyos tesztkörülmények vagy eltérő vizsgálati struktúra miatt nem azonos a vizsgálattal, a becsült érték eltérő lehet. Általában az áramsűrűség exponens (n) értéke növekszik, ha a túlfeszített állapot Joule-fűtéssel felgyorsítja az EM-romlást.

Az 5. táblázat a becsült maximálisan megengedhető áram növekedési arányát mutatja a terepi körülmények között mért értékhez képest, amely élettartam 100,000 100 óra, 0.1%-os munkaciklus és 10%-os hibaarány. Az összehasonlítás referenciaértéke a 125 µm szélesség 1 °C-on, ami 125-re van állítva. Amikor az üzemi hőmérsékletet 110 °C-ról 1.6 °C-ra csökkentik, a becsült áramkapacitás 2.4-tal és 10-gyel nőtt a 15 és 2 °C-on. XNUMX-µm szélesség, ill. A meghibásodási kritériumok befolyásolják a maximálisan megengedhető áramerősséget, ezért fontos a maximális áramkapacitás kiválasztása egy tervezéshez. A (XNUMX) egyenlet szerint a maximális áram exponenciálisan növekszik – nem arányos az üzemi hőmérséklettel. Ha ezt az árambecslési értéket használják a nyomkövetési tervezéshez, akkor ezt az RDL biztosítóárammal is figyelembe kell venni, mivel keresztpont van a számított maximálisan megengedhető áram és a tényleges biztosítóáram között.

10. ábra: Lognormális eloszlás a 10 µm szélességű Cu RDL meghibásodási valószínűségének ábrázolásához.

5. táblázat: A megengedett legnagyobb áramarány (mA) több terepi feltétel mellett. A 10 µm szélesség értéke 125°C-on 1.

Következtetések

Ebben a tanulmányban beszámoltak a nagy sűrűségű, nagy sűrűségű kifúvató csomagokhoz tartozó finomvonalú Cu RDL elektromigrációs viselkedéséről és meghibásodási módjáról. A Cu RDL vizsgált szélessége 2 és 10 µm volt, és az elektromigráció okozta degradáció miatti ellenállásnövekedés minden vizsgálati körülmény között eltérő volt. A 10 µm szélességű Cu RDL esetében két szakasz mutatott eltérő ellenállásváltozási viselkedést. Első lépésben a rezisztencia folyamatosan nőtt, és az első szakaszban főként előforduló jelenségként üres magképződés és növekedés várható. A második lépés egy szakasz, ahol az ellenállás gyorsan nőtt. Ez a szakasz csak a 10 µm szélességű Cu RDL esetében mutatkozott meg, amely a Cu RDL és a PI közötti delaminációt mutatta, amely különbözik az alacsony hőmérsékleten tesztelt 2 µm szélességű RDL-től, és csak réz-oxidot és üregeket mutatott. Ezért arra a következtetésre jutottunk, hogy ez az üregnövekedés miatti delamináció az egyik fő tényező, amely befolyásolja a második lépésben a rezisztencia növekedését.

A megfigyelt hibamód az elektromigráció után a rézfelület csökkentése volt a réz oxidációja és az üregek képződése/növekedése miatt. Mivel a réz PI-be való migrációját is megfigyelték, úgy tűnt, hogy az elektronáramlás és/vagy termikus gradiens miatt felgyorsult. Mivel a Cu RDL EM tesztben figyelembe kell venni a PI termikus lebomlását, elektromos-termikus szimulációt végeztünk a gyenge pozíció előrejelzésére, amely könnyen sérülhet, és az eredmények jól illeszkedtek a tényleges vizsgálati eredményekhez. Ezenkívül a szimulációval kapott Joule-fűtési mennyiség közel hasonló volt a tényleges kísérleti értékekhez.

A 10 µm szélességű Cu RDL EM eredmények alapján elkészült a Black-egyenlet, így kiszámítható a maximális áramterhelhetőség. A statisztikai analízishez a lognormális eloszlást használtuk, az Ea számított értékével, az áramsűrűség kitevője pedig 0.74 és 1.88 volt. A terepi körülmények között becsült maximális áram hasznos lehet az RDL tervezésénél, de van néhány szempont, mint például a tényleges biztosítóáram érték, valamint az Ea és az áramsűrűség kitevőjének függősége a hibaüzemmódtól és a tesztkörülményektől.

Elismerés

Ezt a kutatást az Amkor Technology Global K+F központ támogatta. A szerzők szeretnének köszönetet mondani a K+F folyamat/anyagkutató csapatnak a nagy sűrűségű fan-out TV előkészítéséért. Köszönet továbbá a K+F labor munkatársainak, akik közreműködtek a DUT előkészítésében és a hibaelemzésben.

Referenciák

1. S. Jin, W. Do, J. Jeong, H. Cha, Y. Jeong és J. Khim, „Substrate Silicon Wafer Integrated Fan-out Technology (S-SWIFT) Packaging with Fine Pitch Embedded Trace RDL”, 2022 IEEE 72nd Electronic Components and Technology Conference (ECTC), 2022, pp. 1355-1361, doi: 10.1109/ECTC51906.2022.00218.
2. H. Kudo et al., „Demonstration of high elektromigration resistance of enhanced sub-2 mikron-scale Cu-redistribution layer for advanced fine-pitch packaging”, 2017 IEEE CPMT Symposium Japan (ICSJ), 2017, 5-8. pp., doi : 10.1109/ICSJ.2017.8240055.
3. C.-L. Liang, Y.-S. Lin, C.-L. Kao, D. Tarng et al., „Electromigration Reliability of Advanced High-density Fan-out Packaging with Fine-pitch 2μm/2μm L/S Cu Redistribution Line”, IEEE Transactions on Components Packaging and Manufacturing Technology, 1438-1445 o. , 2020.
4. M. Rovitto, „Electromigration Reliability Issue in Interconnects for Three-Dimensional Integration Technologies”, nem publikált.
5. M. Hauschildt és mtsai, „Electromigration early error void nucleation and growth Phenomena in Cu and Cu(Mn) interconnects”, 2013 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS), Monterey, CA, USA, 2013, pp. 2C.1.1- 2C.1.6, doi: 10.1109/IRPS.2013.6531951.
6. JEP154, „Útmutató a forrasztódudorok elektromigrációjának jellemzéséhez állandó áram- és hőmérsékleti feszültség mellett”, JEDEC, 2008.
7. A. Basavalingappa, JM Passage, MY Shen és JR Lloyd, „Electromigration: Lognormal versus Weibull-eloszlás”, 2017 IEEE International Integrated Reliability Workshop (IIRW), South Lake Tahoe, CA, USA, 2017, 1–4. oldal, doi: 10.1109/IIRW.2017.8361224.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://semiengineering.com/electromigration-performance-of-fine-line-cu-redistribution-layer-rdl-for-hdfo-packaging/