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研究生： 謝育忠
YU-CHUNG HSIEH
論文名稱： 電遷移對純錫導線晶粒旋轉之研究
Grain Rotation Induced by Electromigration in Pure Tin Strip
指導教授： 吳子嘉
Albert T. Wu
高振宏
C. R. Kao
口試委員:
學位類別： 博士
Doctor
系所名稱： 工學院 - 化學工程與材料工程學系
Department of Chemical & Materials Engineering
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 103
中文關鍵詞： 晶粒旋轉 、電子背向散射繞射 、電遷移 、無鉛銲料
外文關鍵詞： EBSD, Grain rotation, Lead-free, Electromigration
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    • 電遷移對於電子元件內層導線與覆晶銲點造成可靠度上的威脅，金屬錫為銲料常見元素之ㄧ，故本文主要研究電遷移效應對於純錫導線的影響，當高電流密度引發電遷移效應時，有凸塊生成在陽極端，而陰極端則有凹陷的現象，導線上的錫晶粒有些許旋轉現象，晶界亦有明顯化的趨勢。改變溫度參數，比較在100℃與室溫下作通電實驗，高溫會加速電遷移效應對純錫導線的影響。利用SEM與三角函數公式計算在各種實驗條件下的錫晶粒旋轉角度變化，發現電流密度愈高，晶粒旋轉的角度愈大；但通電溫度升高，別沒有增加晶粒旋轉的角度，反而變小。並對晶粒旋轉作動力學探討。利用EBSD儀器所得到的數據結果，我們可以合理相信錫晶粒旋轉是由於高電阻值的晶粒產生旋轉而造成，且旋轉方向朝往低電阻值的排列方向。

    Electromigration is a generic reliability issue in electronic device and flip chip. Because the tin metal is the common material of solder, we study the effect of tin strip under electromigration. When high current density induced electromigration effect, the hillocks growth in anode side; the voids growth in cathode side, there are grains rotation phenomenon on tin strip. Change temperature parameter, when current stressing at 100℃ and room temperature, the electromigration effect on tin strip increase with high temperature. Calculate the change of the tin grains rotation angle under various experiment conditions by SEM photo and trigonometric function. We observed the larger grain rotation angle with high current density, however increase experiment temperature, the grain rotation angle smaller. We have kinetic analysis of grain rotation in anisotropic tin under electromigration. From the EBSD data results shown a grain is rotated from a high to a low resistance orientation with respect to the applied current direction.

    中文摘要 I 英文摘要 II 致謝 III 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 XVI 第一章 簡介 1 1.1 背景介紹 1 1.2 研究動機與目的 4 第二章 文獻回顧 6 2.1 電遷移理論 6 2.1.1 電遷移通量方程式 6 2.1.2 Blech結構之電遷移機制 8 2.2覆晶銲點之電遷移研究 12 2.3銲料中的電遷移現象 18 2.4 錫晶粒旋轉理論推導 26 2.5 晶體織構之分析 30 2.5.1 尤拉角 (Euler Angle) 31 2.5.2 米勒指數法 (Miller Index) 33 2.5.3 極圖法 (Pole Figure) 34 2.5.4 反極圖 (Inverse Pole Figure) 36 2.6 電子背向散射繞射簡介 37 2.6.1 EBSD裝置設備 37 2.6.2 EBSD繞射原理 39 2.6.3 EBSD分析應用 42 第三章 實驗方法 44 3.1 純錫導線試片製作 46 3.1.1 熱壓合實驗 46 3.1.2 線路設計與雕刻成形 48 3.1.3 試片處理 48 3.2 純錫導線通電實驗 49 3.3 熱處理實驗 50 3.4 純錫導線試片分析 50 3.4.1 光學顯微鏡觀察 50 3.4.2 掃描式電子顯微鏡觀察 50 3.4.3 電子背向散射繞射觀察 50 第四章 結果與討論 51 4.1 電遷移效應對純錫導線之影響 51 4.2 溫度對電遷移效應之影響 57 4.3 電遷移效應造成錫晶粒旋轉之研究 60 4.3.1 利用SEM直接觀察與計算錫晶粒旋轉角度 60 4.3.2 錫晶粒旋轉討論 70 4.4 錫晶粒旋轉之動力學探討 71 4.5 電子背向散射繞射觀察錫晶粒旋轉變化 80 第五章 結論與未來展望 97 參考文獻 99

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