香港市大 Ｃｈａｎ 先端電子パッケージの電流負荷でのはんだ相互接続の破壊機構（概観）
はんだは高ホモロガス温度を有し、これと高電流密度（これに伴うジュール発熱）で高格子拡散が考えられる。
これにより
エレクトロ・マイグレーションＥＭの発生
シリコンのＡｌがはんだあるいは基材のＣｕより抵抗が大きく従って発熱量も多い→ＵＢＭの劣化
ＩＭＣ形成の加速
原子がＥＭによりカソードからアノードに移動し接合に圧縮領域と引っ張り領域が発生→応力の発生と緩和が生じる
熱マイグレーションが発生←各要素の電気抵抗と放熱性の違い
などが生じる。
電子風力でのはんだ接合のＥＭ
相分離と電流負荷での原子輸送
共晶ＳｎＰｂでの相分離・・・１００℃以下ではＳｎが速く拡散、以上ではＰｂが速い
共晶ＳｎＢｉも同様の挙動
高Ｓｎはんだ（Ｓｎ３．５Ａｇ、Ｓｎ０．７Ｃｕ、Ｓｎ４Ａｇ０．５Ｃｕ）では相分離は無視でき、ＵＢＭの溶解とＩＭＣ形成
が重要。
電流負荷促進相粗化
界面でのボイドの核生成と成長
ＥＭで相分離と粗化だけでなく界面でのボイドの核生成が起きる。
電流の流れに伴いＰｂ富化相がアノード側に移動し、蓄積。
局部的な高電流密度部分が生じ空孔が蓄積し、ボイド生成がおきる。
ボイドは角から始まり、横方向へ成長。
ジュール熱促進ＵＢＭ溶解とオン・チップ金属相互接続の拡散
電流負荷によるジュール熱効果
Ａｌ配線が主な熱源。
ＵＢＭ溶解と可能な解決策
ＵＢＭ：Ｔｉ（０．２−０．５μｍ）／Ｎｉ（Ｖ）（０．３２５μｍ）／Ｃｕ（０．５−１．０μｍ）
βＳｎ粒の回転→電流の流れに沿ってＳｎ粒再配置→抵抗減少、ｃ軸に沿ってのＮｉ／Ｃｕ拡散促進→ＵＢＭ溶解
ＡｇがＵＢＭ溶解緩和、Ｚｎ添加が効果
Ａｌ拡散によるはんだ接合の溶融
Ａｌ／Ｎｉ（Ｖ）／Ｃｕ ＵＢＭ
Ｎｉが時間とともに徐々に消費され、完全に消費されるとＶ層が損傷する。
更にＡｌがはんだ接合内に広がっていく。
ＩＭＣ形成での電流負荷効果と動力学解析
電流負荷の極性効果とアノードでのＩＭＣ成長促進
Ｃｕ／Ｓｎ３．８Ａｇ０．７Ｃｕ／Ｃｕ
ＩＭＣ成長速度はアノードとカソードで大きく異なり、アノードが厚い。
カソードでのＩＭＣの動的平衡
ＩＭＣ形成での電流負荷の異常極性効果
ＳｎＰｂ、ＳｎＢｉでのＰｂ、Ｂｉのアノードへの偏析（富化）の影響。
共晶ＳｎＢｉではＩＭＣ層はカソードで速く成長。
カソードでのＩＭＣ層厚みは双曲線成長。
異常極性効果の可能な説明はＢｉのＥＭ誘起後方応力。
同様の現象はＳｎＺｎ共晶でも見られる。
ＥＭでのはんだ相互接合の応力関連劣化
はんだ相互接合でのＥＭと後方応力による形態的進展
電子風力で原子がカソードからアノードに押しだされるとカソードは圧縮状態、アノードは引張状態となる。
圧縮応力はヒロックあるいはウィスカ形成で緩和される。
ＳｎＡｇＣｕのＥＭ速度はＳｎＰｂより小さいように見える、これは後方応力によると説明できる。
電気的力と機械的力による原子の流束
電子風力と熱機械的応力の結合効果が考えられる。
電流負荷での機械的変形と劣化
界面は徐々に脆くなっていく。
熱勾配下でのはんだはんだ相互接合のＴＭ挙動
Ｓｎ−Ｐｂはんだ相互接合での熱マイグレーションＴＭ
１５０℃、５ｈで１０００℃／ｃｍの温度勾配
電流が流れていない１２、９でＳｎ（暗い領域）がチップ側（高温側）に移動し、Ｐｂ（明るい領域）は基材側に（低温側）。
放熱の影響
はんだの中心より周辺（外側）でＴＭ効果が顕著。
ＴＭ過程でラメラ構造は微細化する。
Ｓｎ基Ｐｂフリーはんだ相互接合でのＴＭ
ＥＭ効果を除くため交流使用。
ヒロックがチップ側（高温側）に生成。
Ｃｕ／Ｓｎ４Ａｇ０．５Ｃｕ／Ｃｕはんだ接合での微細構造進展
温度勾配１０００−１２００℃／ｃｍ
ＴＭと恒温処理の２つの主要な微細構造の差はＴＭ試料でのＣｕ３Ｓｎ層の低温側、高温側の両側での欠如と
高温側でのＣｕ６Ｓｎ５層の薄化。
電流方向を変えＴＭ効果を相殺あるいは促進。
ＴＭがＥＭを相殺するとＢｉ拡散抑制。（case1）
ＴＭがＥＭを手助けするとＢｉ拡散促進。（case2）
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