Bewertung der Lebensdauer von Lotverbindungen unter Betrachtung des Fehlermechanismus Elektromigration:
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Veröffentlicht: |
Stuttgart
Fraunhofer-Verl.
2012
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
DANKSAGUNG I I I
ZUSAMMENFASSUNG I V
A B S T R A C T V I
SYMBOLVERZEICHNIS XI
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS XVI
1 EINLEITUNG 1
2 ELEKTROMIGRATION IN LOTVERBINDUNGEN 3
2.1 B E D E U T U N G VON LOTVERBINDUNGEN FUER DIE MIKROSYSTEMTECHNIK . 3
2.2 PHYSIKALISCHES VERSTAENDNIS DER ELEKTROMIGRATION 6
2.2.1 GRUNDLAGEN DER T H E R M O D Y N A M I K 7
2.2.1.1 DIFFUSION 7
2.2.1.2 MATERIALFLUSSDICHTE 11
2.2.2 DISKUSSION THEORETISCHER MODELLE DER ELEKTROMIGRATION . 12 2.2.2.1
I M P U L S UE B E R T R A G VON LEITUNGSELEKTRONEN: BAL LISTISCHES
MODELL 13
2.2.2.2 ANISOTROPES VERHALTEN U N D KORNROTATION . . . 16
2.2.3 UEBERLAGERTE EINFLUSSGROESSEN 19
2.2.3.1 MATERIALGEFUEGE, MATERIALUEBERGAENGE, INTERMETAL LISCHE P H A S E
N 19
2.2.3.2 ENTWURFSBEDINGT INHOMOGENE VERTEILUNGEN DER BELASTUNGEN 22
2.2.3.3 FEHLERMECHANISMUS THERMOMIGRATION 23
2.2.3.4 FEHLERMECHANISMUS SPANNUNGS- BZW. STRESSMI GRATION 24
2.2.3.5 KURZLAENGENEFFEKT (BLECH-EFFEKT) 26
2.2.3.6 GESAMTBESCHREIBUNG D E R UEBERLAGERTEN EINFLUSS GROESSEN 28
2.3 M E T H O D E N Z U R BEWERTUNG DER LEBENSDAUER 29
2.3.1 ANALYTISCHE ANSAETZE ZUR BERECHNUNG D E R LEBENSDAUER . 29 2.3.2
NUMERISCHE MODELLIERUNG DER EINFLUSSGROESSEN 34
V I I I
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IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
2.3.3 TESTSTRUKTUREN U N D MESSVERFAHREN Z U R AUSFALLDETEKTION 39
3 VEREINFACHTES MODELL ZUR B E W E R T U N G DER S C H AE D I G U N G
DURCH ELEKTROMIGRATION 4 3
3.1 BESCHREIBUNG DER PORENGEOMETRIE BEI ZUNEHMENDER SCHAEDIGUNG 43 3.2
BERECHNUNG DER LEBENSDAUER IN ABHAENGIGKEIT DER PORENGEOME TRIE U N D
DER W I D E R S T A N D S AE N D E R U N G 47
3.3 BERUECKSICHTIGUNG DER EIGENERWAERMUNG BEI ZUNEHMENDER MIGRA TION 49
3.4 RANDBEDINGUNGEN ZUR VERWENDUNG DES MODELLS 52
4 ENTWICKLUNG V O N ELEKTROMIGRATIONSSENSITIVEN INDIKATORSTRUKTUREN 5 5
4.1 SEPARATION UEBERLAGERTER EINFLUSSGROESSEN I N FLIP-CHIP- LOTKONTAKTEN
56 4.2 ENTWICKLUNG U N T E R VERWENDUNG DER FINITE-ELEMENTE-ANALYSE . 57
4.2.1 BESTIMMUNG DER LOTAUSBILDUNG IM UMSCHMELZPROZESS . 57
4.2.2 AUFBAU D E R LOTVERBINDUNG ALS PARAMETRISIERTES MODELL . 58 4.2.3
THEORETISCHE B E T R A C H T U N G DES ELEKTRISCHEN W I D E R S T A N D
S U N D DES KRITISCHEN P R O D U K T S D E R LOTVERBINDUNG 61
4.3 PROZESSABLAUF ZUR FERTIGUNG VON LOTVERBINDUNGEN M I T KONKAVER
GEOMETRIE 63
4.4 KONZEPTIONIERUNG U N D AUFBAU DER MESSUMGEBUNG 65
4.5 VORBETRACHTUNG: FLIP-CHIP- STRUKTUR Z U R UNTERSUCHUNG UEBERLA
GERTER EINFLUSSGROESSEN 67
4.5.1 PROZESSSCHRITTE U N D NUMERISCHE VERIFIKATION DER R A N D
BEDINGUNGEN 68
4.5.2 VERSUCHSPLANUNG DER PILOTVERSUCHE 7 1
4.5.3 AUSFALLCHARAKTERISTIK U N D BESTIMMUNG DER LEBENSDAUER 72
5 AUFBAU EINER O P T I M I E R T E N INDIKATORSTRUKTUR UND
VERSUCHSDURCHFIIHRUNG 7 7
5.1 T E S T S T R U K T U R ZUR GEZIELTEN UNTERSUCHUNG DES
AUSFALLVERHALTENS UNTERSCHIEDLICHER LOTGEOMETRIEN BEI MINIMIERTEN
EINFLUSSGROESSEN 77 5.2 VERIFIZIERUNG DES DESIGNS U N D ABLEITUNG D E R
LEBENSDAUERBE RECHNUNG U N T E R S T UE T Z T D U R C H DIE
FINITE-ELEMENTE-ANALYSE . . . . 79
5.3 PROZESSSCHRITTE ZUR FERTIGUNG DER I N D I K A T O R S T R U K T U R
85
5.4 STATISTISCHE VERSUCHSPLANUNG 87
6 AUSWERTUNG UND DISKUSSION DER ERGEBNISSE 9 3
6.1 VERJUENGTE LOTGEOMETRIE M I T REDUZIERTEN EINFLUSSGROESSEN 93
6.1.1 GEFUEGEVERAENDERUNG U N D AUSFALLCHARAKTERISTIK 93
I X
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
6.1.2 BESTIMMUNG D E R LEBENSDAUER U N D ABLEITUNG D E R MO
DELLPARAMETER 98
6.1.3 VERGLEICH DER EXPERIMENTELL ERMITTELTEN W E R T E M I T D E N
MODELLEN 102
6.2 VERGLEICHENDE UNTERSUCHUNG: I N D I K A T O R S T R U K T U R M I T
KONVEXER LOT GEOMETRIE 108
6.2.1 PROZESSSCHRITTE U N D NUMERISCHE VERIFIKATION DER R A N D
BEDINGUNGEN 108
6.2.2 VERSUCHSPLANUNG DER VERGLEICHENDEN UNTERSUCHUNGEN . . 110 6.2.3
AUSFALLCHARAKTERISTIK U N D BESTIMMUNG DER LEBENSDAUER 111 6.2.4
VERGLEICH DER EXPERIMENTELL ERMITTELTEN W E R T E M I T D E N MODELLEN
115
6.3 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE VON MODELL U N D E X P E R I M E N T
. 119 6.4 AUSBLICK 121
A A N H A N G 1 2 3
A . L AUSWERTUNG DER MESSWERTE ZUR BESTIMMUNG DER MODELLPARAMETER 123
VERZEICHNIS DER PUBLIKATIONEN IM R A H M E N DER VORLIEGENDEN
DISSERTATION 1 2 9
LITERATURVERZEICHNIS 1 3 0
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