Stress relaxation and failure behavior of Sn–3.0Ag–0.5Cu flip-chip solder bumps undergoing electromigration

Abstract

The stress relaxation and failure behavior of Ni/Sn-3.0Ag-0.5Cu/electroless nickel electroless palladium immersion gold flip-chip solder bumps undergoing electromigration (EM) at 150°C under 1.5 Â 10 4 A/cm 2 was investigated in situ. Three modes of stress relaxation of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder bumps were identified. At the cathode, voids and hollows with terrace morphology gradually formed to relieve the tensile stress; at the anode, especially around the current crowding corner, recrystallization of Sn grains and extrusion of hillocks occurred to relieve the compressive stress; in the solder bump, Sn grain boundary sliding that occurred to accommodate the diffusion creep was more pronounced with increasing EM time. Grain boundary sliding is considered to be an indispensable requisite for diffusion creep. The microstructural evolution of solder bumps at the last stage of lifetime was revealed, and the final EM-induced failure mode was the local fusion of a solder bump resulting from the crack formation-and-propagation at the cathode.

Effect of Nanoparticles Addition on the Microstructure and Properties of Lead-Free Solders: A Review

“…Consequently, appropriate content of TiC nanoparticles effectively inhibited the growth of Cu6Sn5 and Cu3Sn layers during aging, as shown in Figure 6 [47]. The increasing current density in IC brings a deteriorative electromigration effect and the improvement of EM resistance of solder joints gradually becomes a research focus in reliability research [48,49]. CNTs will entangle with each other after adding it in the strengthening phase in lead-free solder.…”

“…The diffusion of Cu atoms from the solder matrix to the interface was impeded due to the pinning effect of CNTs, therefore the thickness of Cu6Sn5 and Cu3Sn layers at both the anode side and cathode side decreased with the increase of CNTs content [52]. The increasing current density in IC brings a deteriorative electromigration effect and the improvement of EM resistance of solder joints gradually becomes a research focus in reliability research [48,49]. CNTs will entangle with each other after adding it in the strengthening phase in lead-free solder.…”

Modeling of Void Distribution by Size at the Diffusion Zone

“…Проблема пороутворення є особливо актуальною для надійності люттєвих з'єднань у мікроелектроніці [1][2][3][4][5]. Ріст інтерметалічних сполук між припоєм та металічним контактом інтегральної мікросхеми супроводжується появою пор, які спричиняють розрив електричного кола і призводять до відмов приладів електроніки.…”

“…Там де концентрація вакансій рівноважна або пересичення по вакансіям незначне, розкид пор за розмірами невеликий, в тих місцях де пересичення є достатньо значним, як з знаком "+",так і з знаком "-", пори суттєво відрізняються за розмірами. 3 с. (t -час протягом якого ведеться розгляд росту фази α; R-радіус пори; R0 = 10 -9 м; X-координата пори; X -ширина фази α ).…”

Modeling of Void Formation During the Process of Reaction Diffusion in a Binary System

“…Численні експерименти свідчать, що процеси утворення та росту нових фаз досить часто супроводжуються пороутворенням, яке негативно впливає на механічні та електротехнічні властивості матеріалів. Особливо ця проблема є актуальною для люттєвих з'єднань у мікроелектроніці [1][2][3][4][5]. При взаємній та реакційній дифузії, що відбувається за вакансійним механізмом, нерівність зустрічних парціальних потоків атомів різних компонентів системи, яка обумовлена різною їх рухливістю, викликає появу направленого вакансійного потоку, що призводить до появи в дифузійній зоні областей з пересичення і недосиченням вакансіями.…”