塑膠封裝(Plastic packaging)是目前最普遍、快速且經濟的電子構裝方式，目的在施以物理、化學性的保護，期能滿足電性連接、實體支撐、環境抵抗與散熱等功能保護元件線路、防止外力的損害。本實驗所探討為高溫時效下電流效應對金鋁微接點可靠度之影響，以及溴系、磷系阻燃劑對金鋁微接點可靠度影響之顯微組織分析兩部份。
在高溫時效下電流效應對金鋁微接點之影響的研究方面，實驗利用串聯的方式試片連接，並透過power supply通與0.2 A的電流，藉著高溫可靠度測試(HTSL, High Temperature Storage Life)加速金鋁微接點的退化(degradation)並以電子微探儀(EPMA)WDS定性定量分析來觀察金鋁介金屬化合物(Intermetallic compound)間的相變化，以釐清微接點受到破壞的反應機制。實驗發現電流效應除了會加速金鋁微接點的退化外，還會有電化腐蝕的現象發生。並且在IC的負極會比正極出現更嚴重的退化情形。
在溴系、磷系阻燃劑對金鋁微接點之影響的研究方面，實驗利用4,4-Isopropylidenebis(2,6-dibromophenol)及無機磷(inorganic phosphorus)作為溴離子及紅磷粒子的來源，藉著高溫可靠度測試(HTSL, High Temperature Storage Life)加速反應，電子微探儀(EPMA)WDS定性定量分析來觀察溴離子與金鋁介金屬化合物(Intermetallic compound)間的腐蝕反應及紅磷粒子因Cu migration而產生的相變化，以釐清微接點受到破壞的反應機制。實驗發現溴離子的存在將導致介金屬化合物Au4Al及Au5Al2產生劇烈的退化反應而形成Au含量相當高的通道及結構鬆散的富鋁組織，並從中產生裂縫(crack)而導致微接點的失效。然而紅磷粒子與Cu原子化合將生成Cu3P及CuP2這兩種介金屬相而導致IC短路(short circuit failure)，進而使晶片損壞。

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目錄
論文提要
圖目錄 I
附 錄 IV
壹、前言 1
1-1 研究背景 1
a. 金鋁微接點 2
b. Au-Al間介金屬化合物的成長機制 3
1-2 封裝樹脂與阻燃劑之關係 5
a. 鹵素阻燃劑 6
b. 含磷阻燃劑 6
1-3 溴系阻燃劑對塑膠封裝可靠度之影響 8
a. 溴離子的來源 8
b. 離子於封裝體內的傳輸途徑 8
c. 溴離子對金鋁微接點的腐蝕行為 9
1-4 磷系阻燃劑對塑膠封裝可靠度之影響 10
a. Cu atom的來源及傳輸途徑 11
b. Cu-P介金屬化合物的生成及其對IC可靠度之影響 11
貳、實驗方法 13
2-1 高溫時效處理及電流效應對金鋁微接點之影響 13
a. 實驗目的 13
b. 試片分類及時效處理 13
c. 試片製作 14
d. 試片分析 15
2-2溴系、磷系阻燃劑對塑膠封裝可靠度影響之研究 16
a. 實驗目的 16
b. 試片分類及時效處理 17
c. 試片製作 17
d. 試片分析 18
參、結果 18
3-1高溫時效處理及電流效應對金鋁微接點之影響 18
a. 高溫時效下金鋁微接點間intermetallic相變化分析 18
b. 電流效應對金鋁微接點之影響 20
3-2 溴系、磷系阻燃劑對塑膠封裝可靠度影響之研究 21
a. 溴離子對微接點內部所造成的影響 21
b. 溴離子對Au-Al介金屬相的腐蝕行為 21
c. 紅磷粒子因Cu migration所產生的相變化 22
肆、討論 23
4-1 高溫時效處理及電流效應對金鋁微接點之影響 23
a. 封裝樹脂對金鋁微接點之影響 23
b. 電流效應對金鋁微接點之影響 23
4-2 溴系、磷系阻燃劑對塑膠封裝可靠度影響之研究 24
a. 遭受溴離子侵蝕之金鋁微接點間介金屬相變化分析 24
b. 遭受溴離子侵蝕之intermetallic phase分析 25
c. 溴離子對金鋁微接點內部所造成的退化機制 27
d. 溴、氯離子對金鋁微接點內部所造成影響的差異性 28
e. 紅磷粒子中的相變化分析 29
伍、結論 31
陸、參考文獻 32

圖目錄

Fig.1 A short-circuit failure sample after HTSL test at 185 ℃
for 800 hrs 35
Fig.2 The sketch diagram of copper migration and reaction 35
Fig.3 T175P 試片經短/長期高溫時效處理後之Cross section　morphology 36
Fig.4 T205P 試片經短/長期高溫時效處理後之Cross section　morphology 37
Fig.5 T175N 試片經短期高溫時效處理後之 (a) Cross section
(b) Ball bond surface morphology 38
Fig.6 T175N試片經長期高溫時效處理後之Cross section　morphology 39
Fig.7 T175E 試片經電流及高溫時效處理後之Cross section　morphology 40
Fig.8 T175Br 試片經短期高溫時效處理後之Cross section
　 morphology 41
Fig.9 T175Br 試片經長期高溫時效處理後之Cross section　morphology 42
Fig.10 T205Br 試片經短期高溫時效處理後之Cross section　morphology 43
Fig.11 T205Br 試片經長期高溫時效處理後之Cross section　
morphology 44
Fig.12 (a) Au4Al (b)Au5Al2 phase 經高溫時效處理(205℃，120hrs)
後之BEI Cross section morphology 45
Fig.13 高溫時效處理後，(a)wire edge(b)lead frame edge 未反應
紅磷之SEI Cross section morphology 46
Fig.14 高溫時效處理後，(a)wire edge(b)lead frame edge 已反應紅磷
之SEI Cross section morphology 47
Fig.15 T205RP及T175RP試片高溫時效處理後，之SEI Cross section
morphology 48
Fig.16 T175E331h 試片利用power supply通以電流0.2A之示意圖及
高溫時效處理後之morphology 49
Fig.17 T175E331h(a)正極(b)負極試片之介金屬相WDS成份
定量分析 50
Fig.18 T175E345h(a)正極(b)負極試片之介金屬相WDS成份
定量分析 51
Fig.19 T205Br240h試片經高溫時效處理後之BEI Cross section morphology及(a)Au, Al(b)Au,Al,Cu 元素WDS區域掃描 52
Fig.20 T205Br240h(a)Normal(b)Cu migration 試片之介金屬相
WDS成份定量分析 53
Fig.21 T205P716h試片之BEI Cross section morphology及介金屬相
WDS成份定量分析 54
Fig.22 (a) Au4Al (b) Au5Al2 phase 經高溫時效處理(250℃，528hrs)
後之BEI Cross section morphology 55
Fig.23 Au4Al介金屬相經有機溴化物塑料處理後(a)熱處理前(b)熱處
理後(250℃，528hrs)之X-ray diffraction pattern 56
Fig.24 Au5Al2介金屬相經有機溴化物塑料處理後(a)熱處理前(b)熱處
理後(250℃，528hrs)之X-ray diffraction pattern 57
Fig.25 (a) Au4Al及(b) Au5Al2試片經高溫時效(205℃，480hrs)
處理後之Au, Al元素WDS區域掃描 58
Fig.26 (a) Au4Al及(b) Au5Al2試片經高溫時效(205℃，480hrs)處理後
之介金屬相WDS成份定量分析 59
Fig.27 (a) Au4Al及(b) Au5Al2試片經高溫時效(205℃，240hrs)處理後
之介金屬相WDS成份定量分析 60
Fig.28 文獻上對Au4Al產生的corrosion layer之TEM micrograph and
diffraction pattern~Ohno(12) 61
Fig.29 溴離子侵蝕Au4Al phase的corrosion reaction示意圖 62
Fig.30 T175Br試片經高溫時效後之ball edge morphology 63
Fig.31 高溫時效下，金鋁接合部遭溴離子侵蝕的退化示意圖 64
Fig.32 相同溫度及時效下，金鋁接合部遭(a)溴離子(b)氯離子侵蝕
之Cross section morphology 65
Fig.33 T205P100h 試片再經碘蒸氣處理(a)before etching (b)after
etching 之BEI Cross section morphology 66
Fig.34 T175RP1176h試片之Cu, P, Ag元素WDS定性分析 67
Fig.35 T175RP1176h試片之intermetallic phase WDS
成份定量分析 68
Fig.36 T205RP768h試片之Cu, P, Ag元素WDS line scan 69
Fig.37 T205RP768h 試片之Cu, P, Ag 元素WDS mapping 70
Fig.38 T205RP768h 試片之Cu, P, Ag 元素WDS mapping 71

附 錄

圖a Au-Al binary phase diagram 72
圖b Cu-P binary phase diagram 73
圖c Ag-P binary phase diagram 74
圖d Au-Cu binary phase diagram 75
圖e Al-Cu binary phase diagram 76
圖f JCPDS CARD 29-36 77
圖g JCPDS CARD 32-14 77
圖h JCPDS CARD 4-0784 77

陸、參考文獻

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