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研究生： 李佳賢
Jia-Shan Lee
論文名稱： 覆晶構裝之可靠性分析
Reliability analysis of flip chip package
指導教授： 黃豐元
Fuang-Yuan Huang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 52
中文關鍵詞： 覆晶 、電流集中
外文關鍵詞： flip chip
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    • 摘要
    隨著半導體產業技術的日新月異，半導體元件的尺寸越趨輕薄短小，使得元件的可靠性受到更嚴苛的挑戰，以往關於覆晶構裝之研究大多是關於熱應力與疲勞壽命之探討，然而隨著凸塊的尺寸變小，覆晶結構承受極大的電流密度與電場強度，使得電流集中造成的電致遷移現象成為影響覆晶可靠性的重要因素，採用不同幾何形狀的凸塊可以改變電流密度的最大值與電流集中現象，其中球形凸塊的電流容易集中在凸塊與鋁墊、銅墊的交界處，但是最大電流密度分佈的範圍較小；圓柱形凸塊之電流分佈最為均勻，而沙漏形凸塊則可以使得凸塊與鋁墊、銅墊交界處不再發生電流集中，電流集中現象與幾何形狀息息相關。

    As the IC manufacturing technology improved,the electronic devices become small and light . Because the volume of the bump decreases,it suffers high current density and electrical field . The electromigration due to current crowding can not be ignored . Different bump shapes have different current density distribution and affect the current crowding position. For solving the electromigration caused by current density, investigating the relation between bump shape and current distribution is needed.

    總目錄 摘要 I 總目錄 II 表目錄 IV 圖目錄 V 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究目的 5 1.3 研究方法 6 第二章 軟體簡介 9 第三章 結果與討論 12 3.1球形凸塊 12 3.1.1 凸塊大小之影響 12 3.1.2 凸塊幾何形狀之影響 18 3.1.3 凸塊材料之影響 23 3.1.4 UBM厚度之影響 26 3.1.5 UBM形狀之影響 31 3.2圓柱形凸塊 33 3.2.1 體積固定時，凸塊高度之影響 33 3.2.2 接觸面積固定時，凸塊高度之影響 36 3.3沙漏形凸塊 37 3.3.1 凸塊中間寬度之影響 37 3.3.2 UBM厚度之影響 41 3.3.3 UBM形狀之影響 44 3.4 凸塊幾何形狀之改進 46 第四章 結論 49 參考文獻 50 表目錄 表3-1 各材料之電阻率 16 表3-2 等比例縮小體積之各凸塊尺寸參數與最大電流密度 17 表3-3 固定體積凸塊之尺寸參數與最大電流密度 19 表3-4 不同材料凸塊之最大電流密度 23 表3-5 固定體積下不同高度圓柱形凸塊之最大電流密度 34 表 3-6 改變中間寬度之沙漏形凸塊之最大電流密度 38 圖目錄 圖1-1銲線接合流程圖 2 圖1-2銲線接合示意圖 3 圖1-3覆晶示意圖 4 圖1-4電致遷移示意圖 5 圖1-5覆晶凸塊模型 7 圖3-1直徑140μm 球形凸塊剖面電場分佈 12 圖3-2直徑140μm 球形凸塊剖面電流密度分佈 13 圖3-3直徑140μm 球形凸塊球面電場分佈 13 圖3-4直徑140μm 球形凸塊球面電流密度分佈 13 圖3-5球形凸塊直徑變化與最大電流密度關係圖 17 圖3-6體積與接觸面積固定時不同高度凸塊之電流分佈 20 圖3-7凸塊高度比與最大電流密度關係圖 21 圖3-8體積與接觸面積固定時各凸塊表面電流密度分佈 22 圖3-9凸塊材料與電流分佈之關係：(a)Au (b)Sn (c)SnPb (d) Pb 24 圖3-10凸塊材料與最大電流密度之關係 25 圖3-11具UBM 之覆晶示意圖 26 圖3-12不同UBM厚度之凸塊電流分佈 27 圖3-13 UBM厚度與最大電流密度關係圖 28 圖3-14鋁墊和銅墊間的UBM及凸塊 29 圖3-15使用圓形與方形UBM之錫球電流分佈 31 圖3-16使用圓形與方形UBM時之最大電流密度 32 圖3-17方形UBM上的電流分佈 32 圖3-18圓柱形凸塊結構 33 圖3-19高度201μm圓柱形凸塊之電流分佈：(a)剖面(b)圓柱面 34 圖3-20鋁墊接觸面積直徑與最大電流密度關係圖 35 圖3-21凸塊高度與最大電流密度關係圖 35 圖3-22圓柱高度與最大電流密度關係圖 36 圖3-23沙漏形凸塊結構圖 37 圖3-24中間寬度與最大電流密度關係圖 38 圖3-25沙漏形凸塊之電流分佈 39 圖3-26沙漏形凸塊UBM厚度與最大電流密度關係圖 41 圖3-27不同UBM厚度之沙漏形凸塊電流分佈 43 圖3-28不同形狀UBM之沙漏形凸塊電流分佈 44 圖3-29 UBM形狀與最大電流密度關係圖 45 圖3-30θ角對電流集中之影響: (a)球形凸塊(b)沙漏形凸塊 47 圖3-31改良型凸塊剖面示意圖 47 圖3-32 改良後之凸塊與同直徑球形凸塊之電流密度比較 48

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