虽然Blech结构在铝条的电迁移的实验研究中经常被人们使用，但关于背应力起源的问题仍亟待解决。如图8.7所示，如果将一个短条约束在刚性壁上，那么我们可以很容易地想象出电迁移在阳极所产生的压应力。负号表明该应力状态为压应力。焊点中电迁移造成的背应力没有铝中的背应力大，就是因为焊料的同源温度较高。显然，在电迁移开始时，条带的背应力是非线性的，如图8.8中曲线所示。......
2023-06-20
电迁移引起的背应力测量方法探析
【摘要】：人们为了测定铝条带电迁移中的背应力已经付出了大量努力。电迁移测试是在260℃的温度下进行的。稳态下电阻增长速率δ/δt，和稳态下电迁移所引起的压应力梯度δσEM/δx，与电流密度的函数关系如图8.9所示。如果在铜的大马士革结构中，能够通过表面扩散机制引发电迁移，那么在结构体内，我们需要获得一个由表面扩散引发背应力的机理。
人们为了测定铝条带电迁移中的背应力已经付出了大量努力。因为铝条带薄又窄，所以这并不是一个容易完成的工作。通常铝条带仅有几百纳米厚和几微米宽，所以如果想通过测量精确的晶格参数以确定其晶粒中的应变，就需要很高强度的聚焦X射线束。同步加速器辐射出来的微衍射X射线束已经被用于研究背应力。来自Brookhaven国家实验室的国家同步辐射光源的10μm×10μm波束的全波段X射线已经被用于研究纯铝线中的电迁移诱导的应力分布。该铝线长200μm，宽10μm，厚0.5μm，其上表面有1.5μm厚的二氧化硅（SiO2）钝化层，底部具有10 nm厚的钛（Ti）和60 nm厚的氮化钛（TiN）的分流层，并且在铝线两端都具有0.2μm厚的钨与接触焊盘相连接。电迁移测试是在260℃的温度下进行的。稳态下电阻增长速率δ（ΔR/R）/δt，和稳态下电迁移所引起的压应力梯度δσEM/δx，与电流密度的函数关系如图8.9所示。在1.6×105 A/cm2的阈值电流密度jth以下不会发生电迁移。当电流密度低于阈值电流密度时，电迁移诱导的稳态应力梯度随电流密度线性增加，其中电子风力与机械力平衡，因此实验中没有观察到电迁移漂移现象。但是，阈值应力存在的根本原因尚不明确。
图8.9 稳态下电阻增长速率δ（ΔR/R）/δt，和稳态下电迁移所引起的压应力梯度δσEM/δx与电流密度的函数关系（由Lehigh University的G.S.Cargill教授提供）
劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源（ALS）的X射线微衍射装置能够通过一对椭圆形弯曲的Kirkpatrick-Baez反射镜反射聚焦0.8~1μm的白光X射线束（6~15 keV）。在该装置中，光束可以以1μm的步长在100μm×100μm的区域上扫描。由于条带中的晶粒的直径约为1μm，因此每个晶粒在微衍射下可以被当作单晶。如应力/应变和晶粒取向等晶体结构信息可以利用白光劳厄衍射获得。用大面积（9 cm×9 cm）电荷耦合器件（CCD）传感器以1 s或更长的曝光时间收集劳厄衍射图案，这样每个被同步辐射光源照到的晶粒，都可以通过软件推导并显示其晶体取向和应变张量。白光劳厄技术的应变分辨率为0.005%。此外，四晶体单色器装配后，可以为衍射制造单色光束。综合白色和单色光束的衍射结果，我们能够确定每个晶粒中的总应变张量。扫描X射线微衍射技术与应用的详细信息，请参见MacDowell等的著作[30-31]。
在器件工作温度下，铜的大马士革结构的电迁移中是否存在背应力尚未明确。如果在铜的大马士革结构中，能够通过表面扩散机制引发电迁移，那么在结构体内，我们需要获得一个由表面扩散引发背应力的机理。因为如果没有保护性的表面氧化物，那么就会发生表面扩散，表面将会是良好的空穴源和空位阱。
有关电子软钎焊连接技术 材料、性能及可靠性的文章
- 详细阅读
-
背应力与电迁移的相互作用及其影响详细阅读
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
-
电迁移引发的背应力在两相材料中的作用详细阅读
我们将在铝互连的电迁移中所讨论的背应力原理应用在两相共存的混合物的电迁移中。在低于或高于临界应力时，扩散通量则不再相等且逆转反向。式描述了在背应力下电迁移所驱动的偏析现象。我们能够看到，在背应力作用所致通量均衡的情况下，偏析速率由扩散较慢的物质所决定。......
2023-06-20
-
金属互连中的电迁移现象优化：探析金属互连中的详细阅读
铝薄膜互连线，需要至少在绝对温度达到1/2的熔点时开始产生电迁移现象。换句话讲，如果物质的浓度场是无源场的话，原子和空位的扩散通量将会均匀分布，则在互连线中也不会发生电迁移现象。如果在某个区域中，它们的分布是十分均匀的，则会有电迁移现象的发生，但并不会有电迁移所导致的损伤出现，其本质原因是其场量是无源的。在接下来的内容中，我们将接着分别讨论微观结构、溶质原子和应力对于焊点的电迁移现象的影响作用。......
2023-06-20
-
各向异性导体白锡中的电迁移问题探析详细阅读
白锡中的电迁移现象是很令人感兴趣的，因为大多数无铅焊料是锡基的。而在器件的工作温度下，电迁移主要是由晶格扩散产生的。在其各向异性电导率的影响下，它的微结构可能发生明显变化。然而，由于Ea与Ec在各向异性材料中不同，例如白锡晶粒内电场方向和电流方向之间会有一个夹角φ，如图8.14所示，这是各向异性导电材料的特有属性。......
2023-06-20
-
电迁移和热迁移的影响因素与控制方法详细阅读
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......
2023-06-20
-
电迁移对剪切试验的影响分析详细阅读
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
-
应力与应变的关系探析详细阅读
图2-8 切应力和切应变的方向a）切应力方向 b）切应变方向由上述可知，应力状态与应变状态具有相似性。对于应力与应变的关系，不妨从方向和大小两方面进行叙述。首先讨论应力方向与应变方向之间的关系。对切应力和切应变，可用图2-8来表示。而对于正应力和正应变的方向，就不是这样简单了。......
2023-06-26
相关推荐