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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 17/2017

17.05.2017

Solid-state growth kinetics of intermetallic compounds in Cu pillar solder flip chip with ENEPIG surface finish under isothermal aging

verfasst von: Kelvin P. L. Pun, M. N. Islam, Chee Wah Cheung, Alan H. S. Chan

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 17/2017

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Abstract

Electroless Ni/electroless Pd/immersion Au (ENEPIG) constitutes a promising metallization to replace the conventional ENIG or Ni/Au for 3D IC integrated module and optoelectronic packaging. Different ENEPIG plating thicknesses with copper pillar solder joints are subjected to thermal aging at 150 °C to investigate the intermetallic compounds (IMCs) formation and growth. Due to low temperature solid-state bonding, both Pd and Au layers do not completely diffused into Sn matrix and participated in the interfacial reactions to form (Pd,Au)Sn4 IMCs phase. (Pd,Au)Sn4 IMCs based on PdSn4 phase with dissolved Au, exhibits high growth rate and substantial consumption of Sn from solder. Upon increasing the aging time, it is found that (Cu,Ni)6Sn5 IMCs and (Pd,Cu,Au)Sn4 phase form at interface and follows a diffusion control mechanism, which weakened the solder joint and caused brittle fracture in a die peel test. (Cu,Ni)6Sn5 IMCs growth rate increases with decreases Pd thickness. Therefore, the types of IMCs formation, growth rate, and reliability of Cu pillar joint strongly depend on bonding temperature, Au and Pd thicknesses, and solder volume. Based on this study, the authors recommend suitable ranges of Au and Pd layer thicknesses for reliable Cu pillar solder joints.

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Metadaten
Titel
Solid-state growth kinetics of intermetallic compounds in Cu pillar solder flip chip with ENEPIG surface finish under isothermal aging
verfasst von
Kelvin P. L. Pun
M. N. Islam
Chee Wah Cheung
Alan H. S. Chan
Publikationsdatum
17.05.2017
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 17/2017
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-017-7086-0

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