haku: @keyword luotettavuus / yhteensä: 126
viite: 7 / 126
| Tekijä: | Viljanto, Hannu |
| Työn nimi: | Reliability and Lifetime Assessment of Through-Silicon Vias Under Thermal Cycling |
| Piin läpivientien luotettavuus ja elinikä termisessä rasituksessa | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2015 |
| Sivut: | ix + 80 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Sähkötekniikan korkeakoulu |
| Oppiaine: | Elektroniikka ja sovellukset (S3007) |
| Valvoja: | Paulasto-Kröckel, Mervi |
| Ohjaaja: | Li, Jue |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201504182350 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 2746 | Arkisto |
| Avainsanat: | through-silicon via reliability finite element method Weibull analysis piin läpivienti luotettavuus Weibull analyysi elementtimallintaminen |
| Tiivistelmä (fin): | Piin läpivienti -rakenteet ovat keskeisessä osassa kolmiulotteisten integroitujen piirien kehityksessä. Piin läpiviennit mahdollistavat komponenttien vertikaalin yhdistämisen toisiinsa, mikä lyhentää huomattavasti niiden välistä etäisyyttä. Kaikista hyvistä puolista huolimatta tekniikalla on vielä haasteita edessään. Niistä suurimmat liittyvät rakenteen luotettavuuteen ja valmistuskustannuksiin. Diplomityön kirjallisessa osuudessa keskitytään piin läpivientien erilaisiin vauriomekanismeihin. Sen lisäksi tutkitaan valmistus- ja suunnitteluratkaisujen vaikutusta läpivientien luotettavuuteen. Kokeellisen osan tarkoituksena on osittain kuparitäytettyjen kaventuvien piin läpivientien luotettavuuden ja eliniän määrittäminen termisessä syklaustestissä. Luotettavuustestaus suoritettiin yhdeksällä näytteellä, joista kuudessa oli 420 läpivientiä ja kolmessa 1400 läpivientiä ketjurakenteessa. Elementtimallintamisen avulla määritettiin kriittiset vauriokohdat läpivientirakenteessa ja elinikä määritettiin Weibull-analyysillä. Näytteiden poikkileikkauksien valmistamiseen käytettiin muovaamista, mekaanista hiomista ja kiillotusta ja analysointi suoritettiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Näytteiden resistanssi nousi tasaisesti ennen rikkoutumisten havaitsemista. Ensimmäinen rikkoutuminen huomattiin 200 syklin jälkeen ja viimeinen 4000 syklin kohdalla. Näytteiden luotettavuus osoittautui hyväksi käytetyillä kriteereillä. Weibull-analyysin mukaan 10 % 420 läpiviennin näytteistä rikkoutuu 1000 syklin jälkeen. Karkea arvio voidaan tehdä, että satunnainen läpivienti rikkoutuu 0,024 % todennäköisyydellä 1000 syklin jälkeen. Pyyhkäisyelektronimikroskoopin kuvien perusteella havaittiin, että näytteet rikkoutuivat maksimaalisen rasituksen alueella läpivientien alaosassa. Kuvien perusteella päädyttiin johtopäätökseen, että näytteiden rikkoutumisen aiheuttivat virheet, jotka ovat peräisin valmistusprosessista ja jotka etenivät rakenteessa termisen rasituksen vaikutuksesta. |
| Tiivistelmä (eng): | Through-silicon via (TSV) is one of the key technologies for three-dimensional (3D) integrated circuits (ICs). TSVs enable vertical electrical connections between components which greatly reduces interconnection lengths. Regardless of all the promise the technique has shown, there are still major obstacles surrounding reliability and the cost of fabrication of the TSV structure. The first part of the thesis is a literature survey that focuses on different failure mechanisms of TSVs. In addition, different fabrication and design choices of TSVs are presented with the focus being on their effect on reliability. The experimental part of the thesis presents reliability and lifetime assessment of tapered partially copper-filled blind TSVs under thermal cycling. The reliability test was carried out with nine samples. Six of them had 420 vias and three of them had 1400 vias in a daisy chain structure. Finite element method (FEM) was used to predict the critical failure locations of the TSV structure. Lifetime was predicted by Weibull analysis. The cross-sections of the test samples were prepared by molding, mechanical grinding and polishing and analyzed by scanning electron microscope (SEM). Electrical measurements showed almost constant resistance increase in the samples before failures were noticed. The first failed sample was noticed after 200 cycles and the last at 4000 cycles. Lifetime of TSVs under thermal cycling was proven to be acceptable with used failure criterion. According to Weibull analysis, about 10 % of the samples with 420 vias will break after 1000 cycles. Sample preparation for imaging was deemed sufficient although the grinding caused artifacts. The simulation results were compared with SEM micrographs. The images showed that the failures were located at the maximum stress areas, identified with FEM simulations, at the bottom of the via. From the SEM images, it was deduced that the defects initiated from the fabrication process and propagated due to maximum localized stress. |
| ED: | 2015-04-19 |
INSSI tietueen numero: 51092
+ lisää koriin
INSSI