Microstructural changes in Cu – SAC – Cu interconnects during isothermal, mechanical and thermo-mechanical load

Diese Arbeit liefert umfassende Einblicke in die mikrostrukturellen Veränderungen, die in Lötverbindungen von mikroelektronischen Bauteilen auftreten und die für deren Funktionalität entscheidend sind. Anfangs werden Präparationsartefakte evaluiert, die durch Ionenstrahlenpräparation in der niedrigschmelzenden Sn – Ag – Cu (SAC) Legierung verursacht werden. Deren Ursprünge werden identifiziert und Gegenmaßnahmen werden vorgeschlagen. Mittels optimierter Präparationsmethoden wird die mikrostrukturelle Entwicklung unter isothermen, mechanischen und thermomechanischen Belastungen untersucht. Der Einfluss von Verunreinigungen in Cu Metallisierungen auf die Bildung von Kirkendall-Poren innerhalb der Cu3Sn-Grenzschicht wird analysiert. Generative künstliche Intelligenz wird eingesetzt, um Cu – SAC Grenzflächen nachzuahmen, wobei mikrostrukturelle Bilder generiert werden, die von realen Mikrostrukturen nicht unterscheidbar sind und mit den physikalischen Wachstumsmechanismen übereinstimmen. Die Studie untersucht auch mikrostrukturelle Veränderungen während thermomechanischer Ermüdung und korreliert Ermüdungsrisse mit Flussporen und der Bauteilgeometrie unter Verwendung von maschinellem Lernen basierter Bildsegmentierung von 3D Röntgentomographiescans. Diese Segmentierungen zeigen relevante Rissinitiationsstellen und bestätigen, dass dynamische Rekristallisation und interkristallines Risswachstum die Hauptdegradationsmechanismen in SAC-Lötbällen sind. Es wird gezeigt, dass die Zulegierung von Bi die Ermüdungslebensdauer verlängert, da Bi als Mischkristallverfestiger wirkt. Weitere Untersuchungen sind jedoch erforderlich, um verformungsinduzierte Korngrenzensegregation von Bi zu evaluieren. Schließlich zeigt die Studie, dass mechanische Verformung die thermomechanische Ermüdung und das Ausscheidungswachstum erheblich beeinflusst.