HDFO Paketleme İçin İnce Çizgili Cu Yeniden Dağıtım Katmanının (RDL) Elektromigrasyon Performansı

Cihazların küçülme eğilimi, giriş/çıkış (G/Ç) ve devre yoğunluğunun artırılmasına yönelik sürekli taleplere yol açıyor ve bu ihtiyaçlar, ince bakır (Cu) yeniden dağıtım katmanına sahip Yüksek Yoğunluklu Fan Çıkışı (HDFO) paketinin geliştirilmesini teşvik ediyor (RDL). Yüksek performanslı mobil ve ağ uygulamaları için, HDFO yeni ortaya çıkan bir çözümdür çünkü Wafer Level Fan-Out (WLFO) gibi diğer paket türleriyle karşılaştırıldığında HDFO'ya agresif tasarım kuralları uygulanabilmektedir. HDFO, birden fazla çipin tek bir pakette birleştirilmesine izin verir ve çipleri birbirine bağlamak için çoğunlukla ince Cu RDL kullanılır. Ayrıca paket boyutu açısından daha iyi ölçeklenebilirliğe sahip olan uygulamaya bağlı olarak gofret ve substrat seviyesinde HDFO yapılabilmektedir.

HDFO'daki Cu RDL, poliimid (PI) gibi bir dielektrik katmanla gömülüdür ve sinyali çipler arasında veya alt tabakadan çipe aktarır. Akım Cu RDL'den akarken, Joule ısıtma üretimi nedeniyle iletkende ısı birikir. Bu ısı birikimi performansın düşmesine neden olabilir. İnce Cu RDL yapısında gerekli akım yoğunluğu ve Joule ısıtma sıcaklığı arttıkça HDFO paketleme performansı üzerinde önemli bir faktör olarak kabul edilmektedir.

İnce Cu RDL'nin yüksek güvenilirlik performansına sahip olması gerektiğinden, yakın zamanda gömülü iz RDL (ETR) ve yüksek yoğunluklu ara bağlantı ve güvenilirlik performansı için inorganik dielektrikle kaplanmış Cu izi gibi çeşitli RDL yapıları tanıtıldı [1, 2]. İnce Cu RDL güvenilirlik performansının değerlendirilmesine yönelik birçok çalışma da yapılmıştır.

Elektromigrasyon (EM), Cu RDL'nin güvenilirliğini ve elektriksel karakteristik performansını değerlendiren öğelerden biridir. EM, elektron akışı sonucunda iletken içindeki metal atomlarının kademeli olarak hareket etmesiyle gerçekleşen difüzyon kontrollü bir mekanizmadır. Metal atomlarının bu kütle taşınması, iletkenin katot tarafında boşlukların ve anot tarafında tümseğin oluşmasına yol açar. Bu işlemler elektriksel sürekliliğin kaybına neden olur. Elektromigrasyon davranışı, özellik boyutundan, gerilim durumundan, elektron akış yönünden ve bağlantı metalurjisi gibi test yapısından etkilenir. Cu RDL EM testi durumunda, iletkende yalnızca elektron akış kuvveti değil aynı zamanda termal gradyan da vardır, dolayısıyla EM bozulması elektrik potansiyeline ve termal enerjiye bağlanır [3].

EM test sonuçlarını kullanarak, belirli saha koşullarında izin verilen maksimum akım yoğunluğunu veya ömrünü tahmin etmek mümkündür. Hızlandırılmış koşullar altında gerçekleştirilen EM testleri ve EM deneysel verilerine dayalı ekstrapolasyon, bir kullanım senaryosunun mevcut veya yaşam boyu değerlerini tahmin etmek için kullanılabilir. Hesaplamalarda James Black tarafından 1969 yılında yayınlanan Black modeli yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu modeldeki bazı faktörler Weibull ve lognormal dağılım gibi başarısızlık dağılım modellerine uyularak belirlenir. Bu yazıda, bir HDFO paketindeki ≤ 10 µm'lik Cu RDL'nin çeşitli akım ve sıcaklık koşulları altında EM karakterizasyonu ve arıza analizi sonuçları açıklanmaktadır. Ek olarak, çalışma sıcaklığı ve kullanım ömrü gibi çeşitli kullanım koşulları altında tahmini izin verilen maksimum akımın artan oranı sağlanır.

HDFO paketindeki Cu RDL yapısı

Cu RDL EM testi için bir HDFO paketi hazırlandı. Paket gövdesi ve kalıp boyutu sırasıyla 8.5 mm x 8.5 mm ve 5.6 mm x 5.6 mm idi. HDFO TV, her RDL için 3 µm kalınlığında üç katmana ve Ti/Cu tohum katmanına sahip çok katmanlı bir RDL yapısına sahiptir. Ayrıca ince Cu RDL'yi çevreleyen dielektrik malzeme olarak poliimid uygulandı. RDL yapısının üzerinde Cu sütun çıkıntısı, kalıbı ve kalıbı vardır. Kalıp tipi kalıbın üst tarafını kaplayan kalıp üstüdür. Genel Cu RDL yapısı şekil 1'de gösterilmektedir.

Şekil 1: Üç RDL'li HDFO test aracının kesit görünümü.

1000 µm uzunluğa, 2 ve 10 µm genişliğe sahip düz bir Cu RDL tasarlandı ve test edildi. Cu RDL, HDFO'daki en alt katmandı (RDL3). Akım zorlama ve voltaj algılama için test edilen Cu RDL'ye dört bilyeli ızgara dizisi (BGA) topu bağlandı. Şekil 2, test edilen RDL tasarımının şematik gösterimini göstermektedir.

Şekil 2: Elektromigrasyon testi için Cu RDL tasarımı. 'F' ve 'S' sırasıyla akım zorlama ve voltaj algılama anlamına gelir.

Elektromigrasyon testi

HDFO test aracı, EM test sistemi ile elektriksel bağlantı için test panosuna yüzeye monte edilmiş ve yüzeye montaj sonrası ikinci dolgu uygulanmamıştır. 10 µm genişlikteki Cu RDL, 7.5, 10 ve 12.5 x 10 doğru akım altında gerildi⁵A/cm² ve sıcaklık 174, 179, 188 ve 194°C. 2 µm genişlikteki Cu RDL EM testi de 12.5 x 10 doğru akım altında test edildi⁵A/cm² ve sıcaklık 157°C. Test koşulları tablo 1'de gösterilmektedir. Test sıcaklığının Cu RDL'deki sıcaklık olduğu kabul edilir. Bu nedenle fırın sıcaklığı Joule ısıtma miktarı dengelenerek ayarlanmıştır. Joule ısıtma kalibrasyonu, akım yoğunluğunun miktarına bağlı olduğundan her stres akımında gerçekleştirildi.

Joule ısıtmanın kalibrasyonu için direnç, düşük ve stresli akım koşulları altında birden fazla sıcaklıkta ölçüldü. Düşük akım, Joule olmayan ısıtma üreten durum olarak kabul edilir. Ortam sıcaklığı arttıkça direnç değeri artar ve termal direnç katsayısı (TCR) değerinin elde edilmesi için düşük akım koşullarında direnç değişim davranışı kullanılır. Birkaç sıcaklık koşulunda direnç ölçümü yapıldıktan sonra Joule ısıtma miktarı TCR ve düşük ve test akımı durumu arasındaki direnç farkı kullanılarak hesaplandı. Her bir test akımı koşulunun hesaplanan Joule ısıtma sıcaklığı ve 10 µm genişlikteki Cu RDL'deki sıcaklık, tablo 2'de gösterilmektedir.

Tablo 1: İnce çizgi Cu RDL EM test koşulları.

Tablo 2: Joule ısıtma sıcaklığı ve rdl'deki sıcaklık. İnce Cu RDL EM testi için dört test koşulu gerçekleştirildi.

EM testi, direnç %100 artana kadar devam etti ve izin verilen maksimum akımı hesaplamak için arızaya kadar geçen süreyi (TTF) belirleme kriteri, %20 direnç artışına ayarlandı. Dirençteki yüzde artış kriterinin, tüm yapıların çok benzer başlangıç ​​direnci göstermesi durumunda en etkili olduğu bilinmektedir. Stres koşulu altındaki başlangıç ​​direnci, 0.7 µm genişlikteki Cu RDL için 0.8 ila 10 ohm idi, dolayısıyla değerler birbirine oldukça benzer görünüyordu. EM testi sırasında Cu RDL'nin direnci 4 noktalı ölçüm tekniği kullanılarak ölçüldü. Anlamlı istatistiksel analiz için test örneklerinin sayısı 18 ila 20 arasında belirlendi.

Elektromigrasyon testi sırasındaki bozulmayı anlamak amacıyla başarısızlık analizi için optik mikroskoba ek olarak odaklanmış iyon ışını (FIB)/alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FESEM) kullanıldı. Üstten görünüm görüntü analizine ek olarak, Cu RDL alanının Cu oksidasyonu ve boşluklar nedeniyle azaldığını gözlemlemek için belirli alanlar galyum (Ga) iyonu öğütme yoluyla enine kesitlere ayrıldı.

Direnç değişikliği davranışı

10 µm genişlikteki Cu RDL'nin EM testi sırasında direnç artış davranışı şekil 3'te gösterilmektedir. Direnç artış eğilimi iki farklı moda ayrılabilir. Erken aşamada direnç istikrarlı bir şekilde arttı ancak belirli bir direnç artışı yüzdesine ulaştıktan sonra direnç değişimi hızla gerçekleşti. Direncin iki aşamada artmasının nedeni, baskın olarak meydana gelen arıza modlarının her adımda farklı olmasıdır.

Aynı test koşullarında sıcaklık koşuluna göre farklı ömür ve arızaya kadar geçen süre (TTF) dağılımı da şekil 3'te gösterilmektedir. Aynı koşullar altında TTF'deki dağılımın nedeninin her Cu RDL'nin farklı tane boyutundan kaynaklandığı tahmin edilmiştir. test araçları arasında Cu metal atomlarının difüzyon yolları tane sınırları, malzeme arayüzü ve toplu metaldir ve her difüzyon yolunun aktivasyon enerjileri farklıdır. Tane sınırının veya malzeme ara yüzünün aktivasyon enerjisi toplu metalinkinden daha düşük olduğundan, EM sırasında tane sınırı veya malzeme ara yüzeyinden difüzyon daha baskındır. Bu nedenle tane boyutu EM testleri sırasında TTF'yi belirleyen önemli bir faktördür [4].

7.5A/cm'lik düşük akım yoğunluğu durumunda², numunelerin çoğu, yüksek akım 12.5A/cm ile karşılaştırıldığında daha düşük bir direnç artışı ve daha düzgün bir eğri gösterdi² şekil 3 (c)'de gösterildiği gibi. Sonuçlara göre, bu düşük akım koşulunun, yüksek akım durumuna göre daha az ciddi bir arıza moduna sahip olması bekleniyordu ancak arıza modu, yüksek ve düşük akım koşulları arasında önemli ölçüde farklı görünmüyordu. Bir sonraki çalışmada direnç değişimi davranışının adımlarına göre başarısızlık analizi yapılması planlanmaktadır.

Aynı akım yoğunluğu koşulu altında (2x12.5) 10 µm genişliğinde Cu RDL ile ek EM testi yapıldı.⁵A/cm²) 10 µm genişliğinde Cu RDL ve daha düşük sıcaklık koşulları olarak. EM testi sırasında direnç artışının grafiği şekil 4'te gösterilmektedir. Bu durumda direnç değişimi davranışı, 10 µm genişlikteki Cu RDL durumundan farklı olarak 10 Khrs'ye kadar olan uzun test süresinde bile yalnızca istikrarlı bir şekilde artan direnç gösterdi. Düşük ve yüksek sıcaklık koşulları arasındaki farklı direnç değişimi davranışına dayanarak, yüksek ve düşük sıcaklıktaki arıza modlarının aynı olmadığından şüphelenildi. Ayrıca, 2 µm genişlikteki Cu RDL'nin arıza modunun esas olarak sürekli artan direnç aşamasından dolayı meydana gelmesi beklenmektedir.

10 µm genişlikteki Cu RDL için, %20'lik başarısızlık kriterini ve %100 direnç artışını karşılayan ünitelerin sayısı tablo 3'te gösterilmektedir. Test edilen tüm üniteler, 20 saat içinde %8,000'lik başarısızlık kriterini karşıladı ve bazı üniteler 100'ün altında gösterdi. Test süresi 10,000 saat olduğunda % direnç artışı. Arıza birimlerinin sayısı istatistiksel analiz yapmak için yeterli olduğundan EM testi 10,000 saatte durduruldu. Ayrıca direncin %100 arttığı EM verileri de güvence altına alınarak çeşitli arıza kriterlerine bağlı olarak maksimum akım kapasitesinin hesaplanması mümkündür.

Şekil 3: 10'luk EM testi sırasında direnç artışı davranışı-mikron genişlik RDL, 12.5A/cm² akım ve (a) 174°C'de ve (b) 194°C sıcaklıkta ve (c) 7.5A/cm² ve 188°C.

Şekil 4: 2 µm genişliğindeki RDL'nin EM testi sırasında direnç artışı davranışı. Test koşulları 12.5A/cm akım yoğunluğuydu² ve sıcaklık 157°C.

Tablo 3: Arızalı ünite sayısı 10-µm genişlik Cu RDL her durum için.

Arıza modu analizi

İnce Cu RDL EM testinin başarısızlık mekanizmasını anlamak amacıyla, üstten ve enine kesit görünümü gözlemlemek için bir optik mikroskop ve FIB/FESEM kullanıldı. Şekil 5, test panosuna yüzeye monte edildikten sonra Cu RDL'nin 2 µm ve 10 µm genişliğini göstermektedir. Kalınlık ve genişlik tasarım değerleriyle iyi bir şekilde eşleşti ve Cu RDL'de Cu ve PI arasında düzensiz yüzey, boşluklar ve delaminasyon gibi anormallikler yoktu. Şekil 5'te gösterildiği gibi RDL'deki tane boyutunun değiştiği doğrulandı. Kusurlar elektromigrasyon performansını etkileyebileceğinden, Cu RDL'nin kalitesi EM testinden önce kontrol edilmelidir.

Şekil 5: Yüzey montajından sonra Cu RDL'nin FIB/FESEM görüntüsü: (a) 10 µm ve (b) 2 µm genişlik.

10 µm genişliğinde Cu RDL durumunda, şekil 6'da sunulduğu gibi çeşitli arıza modları gözlemlendi. İlk olarak, Cu RDL ile pasifleştirme arasında delaminasyon ve Cu oksit gözlemlendi, bu da Cu RDL alanının azalmasına yol açtı ve esas olarak buna atfedildi. direnç artar. Cu RDL alanının azalması aynı zamanda mevcut kalabalıklaşmaya ve RDL'de daha yüksek sıcaklığa ve EM bozunmasının da hızlanmasına neden oldu. EM testi sırasında, Cu atomlarının göçü nedeniyle boşluklar oluşturuldu ve delaminasyonun, pasifleştirme ile Cu RDL arasındaki arayüz boyunca boşlukların büyümesinden kaynaklandığı görüldü. Mevcut yoğunluk üssü değeri, boşluk çekirdeklenmesi ve büyüme arasında hangi olgunun daha baskın olduğunu yansıtır. [5] Cu oksit tabakası ve PI'ye difüzyonla ilgili olarak, Cu difüzyonu, elektron akışı ve/veya termal gradyan nedeniyle hızlandırılmış gibi görünüyordu çünkü RDL2'de (EM testi yapılmadı), Ti/Cu tohum tabakası üzerinde oksit tabakası yok. şekil 6(b)'de gösterildiği gibi bir bariyer katmanı görevi görür.

Cu RDL2 ve PI arasında yalnızca boşluklar ve termal gerilimden kaynaklanan Cu oksit tabakası gözlendi. Başka bir deyişle, Cu RDL2'de gözlemlenen arıza modu, uzun süre yüksek sıcaklıkta depolama (HTS) olarak kabul edilebilir.

Şekil 6: 10×12.5'da testten sonra 10 µm genişlikteki Cu RDL'nin optik mikroskobu ve FIB/FESEM görüntüsü⁵A/cm2, 174°C: (a) Test edilen RDL3'te Cu oksit ve delaminasyon ve (b) RDL2'de Ti/Cu tohum katmanında Cu oksidasyonu yok (EM test edilmedi).

10 µm genişlikteki Cu RDL'nin aksine, 2 µm genişlikteki Cu RDL, şekil 7'de gösterildiği gibi Cu RDL ve PI arasındaki delaminasyonu göstermedi. Daha az hasar görmüş 2 µm genişlikteki Cu RDL'den, Cu RDL ile PI arasındaki arayüz boyunca boşluğun büyümesinin, 10 µm genişlikteki Cu RDL'de gösterilen delaminasyonla sonuçlandığından şüphelenilmektedir. Ayrıca bu delaminasyonun ikinci aşamada direncin aniden arttığını gösteren bir faktör olabileceği düşünüldü. Black denklemindeki arıza modu ve parametre değerlerinin 2 µm Cu RDL elektromigrasyon sonuçları ile karşılaştırılması amacıyla daha yüksek akım koşullarında 10 µm Cu RDL elektromigrasyonu için çalışma yapılması planlanmaktadır. Ayrıca bu ileri çalışma ile her bir direnç artış adımının başarısızlık modunun belirlenmesi beklenmektedir.

Şekil 7: 2×12.5'da testten sonra 10 µm genişlikteki Cu RDL'nin optik mikroskobu ve FIB/FESEM görüntüsü⁵A/cm², 157°C: (a) RDL3'te Cu oksit boşluğu ve (b) Cu RDL3'te farklı FIB frezeleme ekseni.

Joule ısıtma simülasyonu

Joule ısınma miktarını ve arıza konumlarını tahmin etmek amacıyla, 10 µm genişlikteki Cu RDL için elektriksel-termal simülasyon gerçekleştirildi. Bir Cu izinde ısı birikimi miktarı farklı olduğunda, EM hasarı yalnızca elektron akış kuvvetinden değil aynı zamanda termal gradyandan kaynaklandığından, arızanın ciddiyeti lokasyona göre farklı olabilir. Şekil 8'de sunulduğu gibi, HDFO TV'nin ve test panosunun gerçek test tasarımı ve yapısı bir simülasyon modeline yansıtılmış ve her yapının etkin termal iletkenliği de uygulanmıştır. Tablo 4, fırın sıcaklığına ve kaynak akımına dayalı bir deney tasarımını (DOE) göstermektedir. Fırın sıcaklığı bir ortam sıcaklığı olarak kabul edilebilir ve Joule ısıtma miktarının kaynak akımına göre değişmesi beklenir. Joule ısıtma simülasyon sonuçları şekil 9'da gösterilmektedir. Simülasyon ve deneysel değer arasındaki Joule ısıtma miktarı farkı 1.3 ila 4.2°C idi ve ikisinin değerleri hemen hemen benzerdi. Ayrıca, en yüksek yerel sıcaklığı gösteren konum, metal pedlerin bağlandığı Cu RDL'nin ortasıydı; bu, EM testi sonrasındaki gerçek arıza konumlarıyla iyi bir şekilde eşleşti. Özetlemek gerekirse, Joule ısıtma simülasyon sonuçları, Joule ısıtma miktarı ve arıza konumları açısından gerçek EM test sonuçlarıyla iyi bir şekilde eşleşti; bu, Cu RDL'nin EM bozunmasını anlama ve arıza konumlarını tahmin etmede yardımcı oldu.

Şekil 8: 10 µm genişlikteki Cu RDL için Joule ısıtma simülasyon modeli.

Tablo 4: Joule ısıtma simülasyonu için DOE.

Şekil 9: Joule ısıtma simülasyon sonuçları: (a) sıcaklık eğrisi ve 12.5 x 10 altında en yüksek sıcaklığı gösteren nokta⁵A/cm² ve 137°C. (b) deney ve simülasyon arasındaki Joule ısıtma miktarı karşılaştırması.

Akım taşıma kapasitesi hesabı

Saha koşullarında maksimum akımın hesaplanmasında, elektromigrasyon testlerinde arızaya kadar geçen süre ile ilgili olan Black denklemi yaygın olarak kullanılmaktadır.

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

MTTF'nin arızaya kadar geçen ortalama süre olduğu durumda, A ampirik sabittir, J akım yoğunluğudur, n akım yoğunluğu üssüdür, E_a aktivasyon enerjisi (eV), K Boltzmann sabitidir (8.62×10^-5 eV/K) ve T sıcaklıktır (K). Siyah denkleminin A, n ve E gibi parametrelerini belirlemek için_aöncelikle istatistiksel analiz yapılmalıdır. Bu çok önemlidir çünkü mevcut taşıma kapasitesini tahmin etmek için istatistiksel analiz sonuçlarına dayalı olarak daha düşük bir arıza yüzdesine yönelik ekstrapolasyon kullanılır. EM arıza dağılımını tanımlamanın iki tipik yöntemi Weibull ve lognormal grafikleridir. Metal hat ve yolların arızasını analiz ederken lognormal dağılım tercih edilirken Weibull modeli genellikle test yapısının çarpma ve BGA top elektromigrasyonu gibi arızaya neden olabilecek birçok bağımsız öğeye sahip olduğu durumlarda kullanılır. [6] Bir kullanım durumunda maksimum akımı tahmin ederken montaj modelinin seçimi kritik olabileceğinden, elektromigrasyondaki dağıtım modeline ilişkin bir çalışma da gerçekleştirilmiştir [7]. Bu çalışmada uygun model olarak lognormal dağılım seçilmiş olup 10 µm genişlikteki Cu RDL'nin lognormal dağılım tablosu şekil 10'da gösterilmektedir.

Maksimum akım taşıma kapasitesi, bu test ile kullanım durumu arasında arıza modunun aynı olduğu ve Black denkleminin hem hızlandırılmış test hem de saha koşulları için geçerli olduğu varsayımları altında hesaplanmıştır. Kullanım durumundaki maksimum akım kapasitesi Denklem 2 kullanılarak tahmin edilmiştir. Bu durumda arıza oranı %0.1 olarak varsayılmış ve 3.09 değeri standart lognormal dağılımın Z skorundan gelmiştir.

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

Burada T, kullanım sıcaklığı koşuludur ve TTF, kullanım durumunda beklenen kullanım ömrüdür. 10 µm genişlikteki Cu RDL için Ea ve n sırasıyla 0.74 ve 1.88 olarak belirlendi. Genel olarak aktivasyon enerjisi ve akım yoğunluğu üssü değerleri sırasıyla 1 ve 2 olarak bilinir. Ek olarak, 2 ve 1'lik akım yoğunluğu üs değeri genellikle sırasıyla boş çekirdeklenme kontrollü ve büyüme kontrollü olarak kabul edilir. Bu EM testinde başarısızlık mekanizmasının boşluk çekirdeklenmesi ve büyümenin bir karışımı olduğu ve daha spesifik olarak boşluk çekirdeklenmesinin daha baskın olduğu ortaya çıktı. Test koşullarının ağır olması veya test yapısının farklı olması gibi nedenlerden dolayı başarısızlık mekanizması bu çalışmadakiyle aynı değilse, tahmin edilen değer farklı olabilir. Genellikle aşırı gerilim durumu Joule ısınmasıyla EM bozunmasını hızlandırdığında akım yoğunluk üssü (n) değeri artar.

Tablo 5, 100,000 saatlik kullanım ömrü, %100 görev döngüsü ve %0.1 arıza oranı olan saha koşulları altındaki değerle karşılaştırıldığında tahmini izin verilen maksimum akımın artış oranını göstermektedir. Karşılaştırma için referans değer, 10°C'de 125 µm genişlik olup, 1 olarak ayarlanmıştır. Çalışma sıcaklığı 125°C'den 110°C'ye düşürüldüğünde, tahmini akım kapasitesi 1.6- ve 2.4-10°C için 15 ve 2 oranında artırılmıştır. Sırasıyla XNUMX µm genişlik. Arıza kriterleri izin verilen maksimum akımın değerini etkiler, dolayısıyla bir tasarım için maksimum akım kapasitesinin seçilmesi önemlidir. Denklem (XNUMX)'de belirtildiği gibi, maksimum akım çalışma sıcaklığıyla orantılı değil, üstel olarak artar. Bu akım tahmin değeri iz tasarımı için kullanıldığında, hesaplanan maksimum izin verilen akım ile gerçek kaynaştırma akımı arasında bir çapraz nokta olduğundan RDL kaynaştırma akımıyla birlikte dikkate alınmalıdır.

Şekil 10: 10 µm genişlikteki Cu RDL'nin arıza olasılık çizimi için lognormal dağılım.

Tablo 5: Çeşitli saha koşullarında izin verilen maksimum akım (mA) oranı. 10°C'de 125 µm genişliğin değeri 1 olarak ayarlanmıştır.

Sonuç

Bu çalışmada, yüksek yoğunluklu yayma paketi için ince çizgili Cu RDL'nin elektromigrasyon davranışı ve arıza modu rapor edilmiştir. Cu RDL'nin test edilen genişliği 2 ve 10 µm idi ve elektromigrasyon yoluyla bozulmaya bağlı direnç artışı her test koşulu için farklıydı. 10 µm genişlikteki Cu RDL durumunda, farklı direnç değişimi davranışı gösteren iki aşama vardı. İlk adımda direnç istikrarlı bir şekilde arttı ve ilk aşamada esas olarak meydana gelen olay olarak boşluk çekirdeklenmesi ve büyüme bekleniyordu. İkinci adım ise direncin hızla arttığı bir bölüm. Bu aşama yalnızca 10 µm genişlikteki Cu RDL durumunda gösterilmiştir; bu durum Cu RDL ile PI arasında düşük sıcaklıkta test edilen 2 µm genişlikteki RDL'den farklı delaminasyon gösterir ve sadece Cu oksit ve boşluklar gösterir. Dolayısıyla boşluk büyümesinden kaynaklanan bu delaminasyonun ikinci aşamada direnç artışını etkileyen önemli bir faktör olduğu sonucuna varılmıştır.

Elektromigrasyondan sonra gözlemlenen başarısızlık modu, Cu oksidasyonu ve boşlukların oluşması/büyümesi nedeniyle Cu alanının azalmasıydı. PI'ye Cu geçişi de gözlemlendiğinden, elektron akışı ve/veya termal gradyan nedeniyle hızlanmış gibi görünüyordu. Cu RDL EM testinde PI'nin termal bozulmasının dikkate alınması gerektiğinden, kolayca zarar görebilecek zayıf konumu tahmin etmek için bir elektriksel-termal simülasyon yapıldı ve sonuçlar, gerçek test sonuçlarıyla iyi bir şekilde eşleştirildi. Ayrıca simülasyonla elde edilen Joule ısıtma miktarı gerçek deneysel değerlere hemen hemen benzerdir.

10 µm genişlikteki Cu RDL EM sonuçlarına dayanarak, maksimum akım taşıma kapasitesinin hesaplanabilmesi için Black denklemi tamamlandı. İstatistiksel analiz için lognormal dağılım kullanıldı; hesaplanan Ea değeri ve akım yoğunluğu üsleri sırasıyla 0.74 ve 1.88 idi. Saha koşulları altında tahmin edilen maksimum akım, RDL'yi tasarlamak için yararlı olabilir, ancak gerçek kaynaştırma akımı değeri ve Ea'nın ve akım yoğunluğu üssünün arıza modu ve test koşullarına bağımlılığı gibi bazı hususlar vardır.

onay

Bu araştırma Amkor Technology Global Ar-Ge merkezi tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, yüksek yoğunluklu TV yayını hazırlığı için Ar-Ge Süreci/Malzeme Araştırma ekibine teşekkür eder. Ayrıca DUT hazırlığı ve arıza analizinde işbirliği yapan Ar-Ge laboratuvarındaki meslektaşlarımıza da teşekkür ederiz.

Referanslar

1. S. Jin, W. Do, J. Jeong, H. Cha, Y. Jeong ve J. Khim, "Substrate Silicon Wafer Integrated Fan-out Technology (S-SWIFT) Packaging with Fine Pitch Embedded Trace RDL" 2022 IEEE 72. Elektronik Bileşenler ve Teknoloji Konferansı (ECTC), 2022, s. 1355-1361, doi: 10.1109/ECTC51906.2022.00218.
2. H. Kudo ve diğerleri, "Gelişmiş ince aralıklı paketleme için geliştirilmiş 2 mikron altı ölçekli Cu yeniden dağıtım katmanının yüksek elektromigrasyon direncinin gösterilmesi", 2017 IEEE CPMT Sempozyumu Japonya (ICSJ), 2017, s. 5-8, doi : 10.1109/ICSJ.2017.8240055.
3. C.-L. Liang, Y.-S. Lin, C.-L. Kao, D. Tarng ve diğerleri, "İnce adımlı 2μm/2μm L/S Cu Yeniden Dağıtım Hattı ile Gelişmiş Yüksek Yoğunluklu Fan Çıkışlı Paketlemenin Elektromigrasyon Güvenilirliği", Bileşen Paketleme ve Üretim Teknolojisi Üzerine IEEE İşlemleri, s. 1438-1445 , 2020.
4. M. Rovitto, "Üç Boyutlu Entegrasyon Teknolojileri için Ara Bağlantılarda Elektromigrasyon Güvenilirliği Sorunu" yayınlanmadı.
5. M. Hauschildt ve diğerleri, "Cu ve Cu(Mn) ara bağlantılarında elektromigrasyon erken başarısızlığı çekirdeklenme ve büyüme olayını geçersiz kılar", 2013 IEEE Uluslararası Güvenilirlik Fiziği Sempozyumu (IRPS), Monterey, CA, ABD, 2013, s. 2C.1.1- 2C.1.6, doi: 10.1109/IRPS.2013.6531951.
6. JEP154, "Sabit Akım ve Sıcaklık Stresi Altında Lehim Yumru Elektromigrasyonunun Karakterizasyonuna İlişkin Kılavuz", JEDEC, 2008.
7. A. Basavalingappa, JM Passage, MY Shen ve JR Lloyd, "Electromigration: Lognormal vs Weibull dağılımı" 2017 IEEE Uluslararası Entegre Güvenilirlik Çalıştayı (IIRW), South Lake Tahoe, CA, ABD, 2017, s. 1-4, doi: 10.1109/IIRW.2017.8361224.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://semiengineering.com/electromigration-performance-of-fine-line-cu-redistribution-layer-rdl-for-hdfo-packaging/