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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-512681
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.51268
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 21 Dezember 2023 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Arno Pfitzner |
| Tag der Prüfung: | 17 Dezember 2021 |
| Institutionen: | Chemie und Pharmazie > Institut für Anorganische Chemie Chemie und Pharmazie > Institut für Anorganische Chemie > Lehrstuhl Prof. Dr. Arno Pfitzner |
| Stichwörter / Keywords: | Kupfer, Korrosion, Kinetik, Diffusion, Röntgenpulverdiffraktometrie, Elektrochemische Impedanzspektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 51268 |
Zusammenfassung (Englisch)
The application of integrated circuits in the automotive sector involves quality, reliability, durability, and safety (QRD+S) issues over a period of 10 - 15 years. Consequently, huge efforts have been made to ensure the reliability and safety of the chips over a long period of time. This caused the introduction of new qualification standards such as the automotive electronics council (AEC) Q100 ...
Zusammenfassung (Englisch)
The application of integrated circuits in the automotive sector involves quality, reliability, durability, and safety (QRD+S) issues over a period of 10 - 15 years. Consequently, huge efforts have been made to ensure the reliability and safety of the chips over a long period of time. This caused the introduction of new qualification standards such as the automotive electronics council (AEC) Q100 Grade 0 stress test standard for integrated circuits. Thereby, copper (Cu) bond wires proved to be a critical component in high temperature storage life (HTSL) tests above 150 °C. Therein, sulfur-containing adhesion promoters are found to induce Cu bond wire corrosion, which may lead to device failure. Also, various prevention strategies are applied to avoid Cu corrosion, such as coating the Cu wire. However, the utilized Pd-coating can act as a corrosion accelerator by Cu-Pd galvanic coupling with CuxS as solid electrolyte. To date, the detailed mechanisms of different protective coatings, as well as the reactivity and temperature stability of various sulfur-containing adhesion promoters within the mold compound have not been clarified.
This thesis identifies the underlying sulfur induced corrosion mechanisms as this understanding is crucial to support further package and bond wire development. To achieve this, different problems which arise from sulfur-containing adhesion promoters and their sulfur induced corrosion are considered.
For this purpose, powder X-ray diffraction (PXRD) is established in this thesis, which allows us to identify corrosion products, gain structural information, and study quantitative conversions. After identifying the main corrosion products, the focus shifts on electrochemical properties, as these are key parameters in corrosion processes. Here, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization measurement techniques were used.
The electrochemical properties are especially important for the Pd-coated bond wires which may form Cu/Pd galvanic couples and thus lead to galvanic corrosion. To clarify the role of the Pd coating during sulfur corrosion, various coated bond wires are investigated with corrosive S compounds. High temperature in situ powder X-ray diffraction (HT-in situ-PXRD) and scanning electron microscopy (SEM) are applied to gain further insight into the underlying corrosion mechanisms. Moreover, HT in situ PXRD is successfully used to screen a wide range of different organic S compounds and to classify specific S-moieties for their corrosive capabilities.
Since adhesion promoters decompose at elevated temperatures, the risk for sulfidation reaction with Cu bond wire rises. The decomposition of adhesion promoters is known to strongly increase at temperatures above 150 °C which may not be a realistic temperature profile for real semiconductor applications. Hence, the question arises whether different failure mechanisms emerge if higher temperatures than 150 °C are applied to accelerated stress tests. Therefore, HT-in situ PXRD is established to resolve this question by identifying the respective corrosion mechanisms and kinetics. Accordingly, the temperature dependant kinetic parameters are obtained and discussed.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Anwendung von integrierten Schaltkreisen im Automobilbereich beinhaltet Qualitäts-, Zuverlässigkeits-, Haltbarkeits- und Sicherheitsfragen (QRD+S) über einen Zeitraum von 10 - 15 Jahren. Folglich wurden große Anstrengungen unternommen, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Chips über einen langen Zeitraum zu gewährleisten. Dies führte zur Einführung neuer Qualifizierungsstandards wie dem ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die Anwendung von integrierten Schaltkreisen im Automobilbereich beinhaltet Qualitäts-, Zuverlässigkeits-, Haltbarkeits- und Sicherheitsfragen (QRD+S) über einen Zeitraum von 10 - 15 Jahren. Folglich wurden große Anstrengungen unternommen, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Chips über einen langen Zeitraum zu gewährleisten. Dies führte zur Einführung neuer Qualifizierungsstandards wie dem Stressteststandard AEC Q100 Grade 0 für integrierte Schaltkreise. Dabei erwiesen sich Kupferbonddrähte als kritische Komponente in HTSL-Tests über 150 °C. Darin wurde festgestellt, dass schwefelhaltige Haftvermittler eine Korrosion des Kupferbonddrahts induzieren, die zum Versagen des Bauteils führen können. Zudem werden verschiedene Präventionsstrategien wie das Beschichten des Kupferdrahts verwendet, um Kupferkorrosion zu vermeiden. Die verwendete Pd-Beschichtung könnte jedoch durch galvanische Cu-Pd-Kopplung mit Kupfersulfid als Festelektrolyt als Korrosionsbeschleuniger wirken. Bis heute sind die detaillierten Mechanismen verschiedener Beschichtungen sowie die Reaktivität und Temperaturstabilität verschiedener schwefelhaltiger Haftvermittler innerhalb der Mold Compound nicht aufgeklärt.
Diese Arbeit identifiziert die zugrunde liegenden schwefelinduzierten Korrosionsmechanismen, da dieses Verständnis entscheidend für die weitere Entwicklung der Mold Compound und Bonddrähte ist. Um dies zu erreichen, werden verschiedene Probleme betrachtet, die sich aus schwefelhaltigen Haftvermittlern und deren schwefelinduzierter Korrosion ergeben.
Dazu wird in dieser Arbeit die Röntgenpulverdiffraktometrie (PXRD) verwendet, die eine detaillierte Korrosionsstudie durch die Identifizierung von Korrosionsprodukten, Strukturinformationen und quantitativen Umwandlungen ermöglicht. Anschließend wurden die Korrosionsprodukte identifiziert und die elektrochemischen Eigenschaften durch elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und Polarisationsmessungen gemessen, da die elektrochemischen Eigenschaften Schlüsselparameter in Korrosionsprozessen sind.
Um die Rolle der Pd-Beschichtung in Bezug auf die Schwefelkorrosion aufzuklären, werden verschieden beschichtete Bonddrähte mit korrosiven Schwefelverbindungen untersucht. Dazu werden Hochtemperatur-in-situ-Röntgenpulverdiffraktometrie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) eingesetzt und ein grundlegendes Verständnis über die zugrunde liegenden Korrosionsmechanismen erlangt. Darüber hinaus wird diese Methode erfolgreich verwendet, um eine Vielzahl verschiedener organischer Schwefelverbindungen zu screenen und funktionelle Schwefelgruppen auf ihre korrosiven Fähigkeiten zu klassifizieren.
Da sich Haftvermittler bei erhöhten Temperaturen zersetzen, steigt die Korrosionsgefahr. Es ist bekannt, dass die Zersetzung von Haftvermittlern bei Temperaturen über 150 °C stark zunimmt, was für reale Halbleiteranwendungen möglicherweise kein realistisches Temperaturprofil ist. Es stellt sich daher die Frage, ob unterschiedliche Korrosionsmechanismen zum Tragen kommen, wenn bei beschleunigten Stresstests höhere Temperaturen als 150 °C angewendet werden. Um diese Frage zu lösen, wird Hochtemperatur-in-situ-Röntgenpulverdiffraktometrie etabliert und damit die Korrosionsmechanismen und Korrosionskinetiken identifiziert. Anschließend werden die temperaturabhängigen kinetischen Parameter erhalten und diskutiert.
Metadaten zuletzt geändert: 21 Dez 2023 05:51
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