ＩＭＣ成長と膜応力、ウィスカ密度の関係
Ｃｈａｓｏｎら
ＳＥＭはめっき後２−３時間後エッチング
Chason ２
SiO2上に１５nmTi/６００nmCuを蒸着、Sn、Sn-10Pbを１２００nm電解めっき。
純ＳｎとＳｎ−ＰｂではＩＭＣ形成は同じだが、応力（応力の広がり）は異なる。
粒径により塑性変形が異なるためＳｎ−Ｐｂは応力の広がりが遅い。
表面の転位、点欠陥消滅を抑制して酸化膜が応力蓄積に影響。
合金化・・・柱状粒から等軸粒、Ｂｉ添加でＰｂ添加と類似効果。
Ｊａｄｈａｖら
Jadhav ２０１１
ＩＭＣ体積
＊Chason ２の図参照（Ｓｎ厚みの説明に食い違い）
応力：約２−１２ＭＰａ
厚みと寸法
＊Chason の図参照
同じ粒寸法で異なる厚み
粒径約４μｍ、厚み８μｍから各々エッチングで
Ｐｂ添加効果
アニール効果
機械的性質
Ｓｎでの応力蓄積 膜厚効果
合金効果
方位
（３１１）、（３２１）が好まれる。
２軸応力
ヒロックを核生成した粒は周辺の粒と大きな応力差はない。
ウィスカの根元から周辺への負の応力勾配
ウィスカ核生成と成長の観察
動画
Time series SEM images showing whisker nucleation and growth. Time after deposition: (a) 14 h, (b) 14 h 20 min.,
(c) 14 h 40 min., (d) 17 h, (e) 21 h.
(a) SEM image of Sn surface with a hole in oxide layer made by FIB at 6 h after deposition,
(b) image after 138 h; no growth is visible where oxide was removed but hillock is observed within approximately 10 μm.
測定結果：（ａ）ウィスカ長ｖｓ時間、（ｂ）瞬間成長速度ｖｓ時間
ヒロック
動画
Time series SEM images showing hillock growth with surface rotation and extensive lateral grain growth. Time after deposition:
(a) 6 h, (b) 12 h, (c) 18 h, (d) 32 h, (e) 44 h, (f) 56 h, (g) 76 h, (h) 138 h. Insets shows schematic of shape evolution highlighting rotation
of the original surface. Arrows point to grain boundary features in (d) that are visible as ridges on side of the hillock in (h).
表面回転と横への粒成長を伴うヒロック成長
動画
Time series SEM images of hillock that appears to emerge from only a portion of the original grain. Time after deposition:
(a) 6 h, (b) 13 h 30 min., (c) 13 h 40 min., (d) 15 h, (e) 20 h, (f) 40 h, (g) 96 h, (h) 138 h. Circle in (a) highlights region
of interest. Arrow in (f) points to horizontal band that forms when growth direction changes.
始めの粒の部分からだけ現れるヒロック
動画
Time series SEM images of hillock growth comprising multiple grains on original surface. Time after deposition:
(a) 6 h, (b) 31 h, (c) 56 h, (d) 81 h, (e) 106 h.
始めの表面に多数の粒を含むヒロック成長
動画
Time series SEM images of hillock growth showing extensive rotation and little vertical growth. Time after deposition:
(a) 6 h, (b) 8 h, (c) 12 h, (d) 18 h, (e) 50 h.
大きな回転（湾曲）とほとんど垂直成長しないヒロック成長
ウィスカ成長の要約
ウィスカは弱い粒（周辺より低い応力で応力緩和）で形成
Ｓｍｅｔａｎａ：傾斜粒界からウィスカ成長
Ｖｉａｎｃｏ：動的再結晶、再結晶で傾斜粒界生成
ウィスカ成長の２つの機構
ａ：ウィスカの根元で垂直粒界が付加されない粒の成長を基礎とする機構、粒界に沿っての長距離拡散が物質運搬。
ｂ：ウィスカ粒が付近の粒より低降伏応力である押し出しを基礎とする機構、ウィスカ粒内の塑性せん断が膜面から物質運搬。
Two proposed mechanisms for whisker growth. (a) In grain-growth-based mechanism atoms are added to non-vertical grain boundaries at whisker base. The broad arrows indicate long-range diffusion along the grain boundary network that transports material to whisker grain. (b) In extrusion-based mechanism the whisker grain has a lower yield stress than the surrounding grains. Plastic shearing within the whisker grain carries material out of the plane of the fi lm while also maintaining low biaxial stress within the whisker. The resulting stress gradient surrounding the whisker drives the transport of new material at the whisker via grain boundary diffusion has plastic deformation induced by stress fi eld surrounding the whisker, shown by horizontal arrows; long range diffusion is essential to maintain local stress. The vertical broad arrows show the extrusion of Sn atoms.
ウィスカの成長モード
純ウィスカ成長
単一粒から成長、ウィスカ粒が周辺粒より小さい。
表面回転
Schematic diagram showing how the hillock can curve due to unequal rate of growth across whisker crosssection.
A similar mechanism may occur in extrusion-based deformation.
ヒロック形成
The formation of hillock with lateral grain growth: (a) vertical growth followed by
(b) lateral growth resulting in the “wedding cake” morphology.
(c) Lateral growth comes to an end when the grain boundary gets pinned.
(d) After pinning the hillock may continue to grow in an upward direction.
A similar mechanism may occur in extrusion-based deformation.
結論
Ｄｉｔｔｅｓら
下地の影響
原因 Ｃｕ下地は粒界にＣｕ６Ｓｎ５成長
１５０℃熱処理効果 厚くてほとんど不規則性のないＣｕ６Ｓｎ５層形成
厚みの影響
環境（保管条件）
１８−３０℃がウィスカ成長しやすい。高いとアニール効果、低いと拡散遅い。
Ｄｉｔｔｅｓ
温度サイクル
Ｃｕ基体はなし、４２アロイには成長
3E
保管条件、めっき厚み →上記Ｄｉｔｔｅｓら
Ｃｕ基リード・フレームのウィスカ成長機構
ＩＭＣの不規則成長による圧縮応力
ポスト・ベーク
規則的ＩＭＣ、ＩＭＣ成長の拡散バリア、ポスト・バイクはＣＴＥ不適合は変化させない。
ポスト・ベークで
２層Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５
ＩＭＣ厚みは０．７Ｔｍ
粒径 ５から２５μｍ
１２ヶ月室温で追加ＩＭＣ生成せず
下地による保護（Ｎｉ、Ａｇ）
室内雰囲気がＣｕ合金リードフレームに最も長いウィスカをもたらす。
Ｓｎ層が厚いとウィスカは短い。
対抗手段はポスト・ベークとＮｉ、Ａｇ下地。
温度サイクルで最大３０μｍ。
加速試験で最大５０μｍ。
４２アロイのウィスカ
ＦＣＩ
１：Ｆｌａｔ、２：Ｂｅｎｔ、３：Ｔｉｐ、４：Ｓｃｒａｐｅｄ
| 効果 | 平均ウィスカ数 | 平均最大長 | ||
| 前処理 | 無 | ７．７ | ９．１ | |
| ＴＳ | ２７．４ | １３．９ | 前処理影響 | |
| エージング法 | ＤＨ | １１．３ | １．４ | 促進しない |
| ＨＨ | ２８．０ | ２８．８ | 一番影響 | |
| ＲＴ | １３．４ | ４．３ | 少し影響 | |
| めっき組成 | Ｓｎ | １０．２ | １３．６ | 発生数は少ないが長く成長 |
| ＳｎＰｂ | ４７．０ | ２．９ | 発生数多いが短い | |
| Ｎｉ厚み | １μｍ | １５．３ | １２．２ | 影響なし |
| ２μｍ | ２０．１ | １０．７ | ||
| Ｎｉ（２μｍ）有無 Ｓｎ（２μｍ） |
有 | ＴＳ＋ＤＨ ０ ＴＳ＋ＨＨ ０ ＴＳ＋ＲＴ ０ |
０ ０ ０ |
効果あり |
| 無 | ９５ ９２ １０５ |
１０−３２ １０−４１ １２−３４ |
||
| Ｓｎ厚み | ２μｍ | ９．８ | ８．６ | |
| ４μｍ | ２７．２ | １５．１ | 厚い方が長い |
応力の影響
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