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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Suppression and Utilization of Migration Phenomena Based on Control of Passivation for Metallic Thin Film and Micro Ball

Research Project

Project/Area Number 26289001
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

坂 真澄  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20158918)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 燈明 泰成  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50374955)
笹川 和彦  弘前大学, 理工学研究科, 教授 (50250676)
趙 旭  秋田大学, 理工学研究科, 助教 (20650790)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords金属薄膜配線 / はんだボール / エレクトロマイグレーション / ストレスマイグレーション / 金属マイクロ材料
Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は以下の研究実績を得た。
1.アンダーフィルで拘束されたはんだボールにおけるエレクトロマイグレーション(EM)の抑制  酸化膜の場合と比較して、アンダーフィル材をはんだの保護膜とすることによるEM抑制効果を実証した。またアンダーフィル材がヒートシンクとして機能し、はんだの溶断耐性を向上させることを見出した。さらに理論的考察と数値シミュレーションにより、保護膜付き直線型サンプルの場合に比べ、はんだボールを模擬した保護膜付きたる型サンプルではEM損傷が生じる臨界の電流密度であるしきい電流密度が向上するという推測を得た。
2.ストレスマイグレーション(SM)による金属マイクロ材料創製の高度化の試み  従来のSMによるアルミニウム微細ワイヤの創製を補助する排出原子引き上げ技術を考案し試行した。
3.配線におけるEM 抑制のための指針作成  EMによる原子蓄積に起因して保護膜に生じる応力について理論モデルを構築することで、しきい電流密度と保護膜厚さの関係を説明することに成功し、効果的なEM損傷抑制に資する実績を得た。また異種金属接合角部を有する保護膜付き配線構造において、電流密度集中を引き起こす角部に着目し、原子濃度分布に対する解析解を得ることに成功した。これを踏まえ、角部におけるEM損傷抑制のための材料組合せ指針を提案した。さらにEM損傷の重要な要因である温度分布に関して、金属細線の導電率の温度依存性と、通電下において細線表面上の2点間で測定した電位差より、細線内部の温度分布を予測することにも成功した。加えて、EMによる配線内原子濃度分布の数値シミュレーションにより、保護膜厚さ、配線形状、動作温度の設計条件を考慮したしきい電流密度の評価を行った。これに基づき、設計条件のパラメータ値を数式に代入するという簡易評価法を提案した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (18 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Acknowledgement Compliant: 8 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Electromigration Critical Product to Measure Effect of Underfill Material in Suppressing Bi Segregation in Sn-58Bi Solder2017

    • Author(s)
      X. Zhao, S. Takaya, M. Muraoka
    • Journal Title

      Journal of Electronic Materials

      Volume: 印刷中 Pages: 8pages (印刷中)

    • DOI

      10.1007/s11664-017-5507-8

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Length-dependent Electromigration Behavior of Sn58Bi Solder and Critical Length of Electromigration2017

    • Author(s)
      X. Zhao, M. Muraoka, M. Saka
    • Journal Title

      Journal of Electronic Materials

      Volume: 46 Pages: 1287-1292

    • DOI

      10.1007/s11664-016-5093-1

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Evaluation of Threshold Current Density of Electromigration Damage Considering Passivation Thickness2016

    • Author(s)
      H. Kikuchi, K. Sasagawa, K. Fujisaki
    • Journal Title

      2016 International Conference on Advances in Electrical, Electronic and Systems Engineering (ICAEESE 2016), Conference Paper Collection

      Volume: - Pages: 189-192 (USB)

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Theoretical Consideration of Electromigration Damage around a Right-angled Corner in a Passivated Line Composed of Dissimilar Metals2016

    • Author(s)
      M. Saka, Y. Kimura, X. Zhao
    • Journal Title

      Microsystem Technologies

      Volume: - Pages: 8pages (Online)

    • DOI

      10.1007/s00542-016-3178-7

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Damage of Single-wall Carbon Nanotube Network Structure under Electric Current Loading2016

    • Author(s)
      S. Sato, K. Fujisaki, K. Sasagawa
    • Journal Title

      Mechanical Engineering Journal

      Volume: 3 Pages: 8pages

    • DOI

      10.1299/mej.16-00292

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Suitable Passivation Thickness on a Metal Line to Prevent Electromigration Damage2016

    • Author(s)
      Y. Kimura, H. Ikadai, T. Nakakura, M. Saka
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 184 Pages: 219-222

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2016.08.059

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Influence of Local Thermal Dissipation on Electromigration in an Al Thin-film Line2016

    • Author(s)
      Y. Li, H.-T. Lee, M. Saka
    • Journal Title

      Microelectronics Reliability

      Volume: 65 Pages: 178-183

    • DOI

      10.1016/j.microrel.2016.08.002

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of Temperature on Preventing Electromigration Damage Based on Increasing Threshold Current Density in a Thin Metal Passivated Line2016

    • Author(s)
      H. Ikadai, Y. Kimura, M. Saka
    • Journal Title

      Mechanical Engineering Letters

      Volume: 2 Pages: (15-00714)1-7

    • DOI

      10.1299/mel.15-00714

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] リザーバ形状が微細構造配線のエレクトロマイグレーションしきい電流密度に及ぼす影響2017

    • Author(s)
      高谷隆司,水科拓己,笹川和彦,藤﨑和弘,森脇健司
    • Organizer
      日本機械学会東北学生会 第 47 回学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(多賀城市)
    • Year and Date
      2017-03-08
  • [Presentation] ストレスマイグレーションによる微小材料創製の制御2016

    • Author(s)
      李 心慈,坂 真澄
    • Organizer
      日本機械学会 第24回機械材料・材料加工技術講演会(M&P 2016)
    • Place of Presentation
      早稲田大学(新宿区)
    • Year and Date
      2016-11-25 – 2016-11-26
  • [Presentation] 異種金属のマイクロ細線をジュール熱により接合するのに必要な電流について2016

    • Author(s)
      燈明泰成
    • Organizer
      日本機械学会 第24回機械材料・材料加工技術講演会(M&P 2016)
    • Place of Presentation
      早稲田大学(新宿区)
    • Year and Date
      2016-11-25 – 2016-11-26
  • [Presentation] 折れ曲がりサブミクロン電子配線におけるエレクトロマイグレーション損傷しきい電流密度の評価2016

    • Author(s)
      水科拓己,菊池大樹,笹川和彦,藤﨑和弘
    • Organizer
      日本機械学会 第29回計算力学講演会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋市)
    • Year and Date
      2016-09-22 – 2016-09-24
  • [Presentation] Effect of Taper Shape of IC Line on Threshold Current Density of Electromigration Damage2016

    • Author(s)
      H. Kikuchi, K. Sasagawa, K. Fujisaki
    • Organizer
      Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength 2016 (APCFS2016)
    • Place of Presentation
      Toyama International Conference Center (Toyama, Japan)
    • Year and Date
      2016-09-19 – 2016-09-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Influence of Breaking Edges on Whisker Growth on Passivated Al Film through Stress Migration2016

    • Author(s)
      T. H. Ludwig, H.-T. Lee, M. Saka
    • Organizer
      日本機械学会東北支部 第52期秋期講演会
    • Place of Presentation
      秋田県民会館ジョイナス(秋田市)
    • Year and Date
      2016-09-17
  • [Presentation] Effect of Passivation on Suppression or Utilization of Atomic Migration Phenomena in Metallic Thin-film Materials2016

    • Author(s)
      M. Saka
    • Organizer
      6th Int.Conf. and Exhibition on Materials Science and Engineering (Materials Science 2016)
    • Place of Presentation
      Hilton Atlanta Airport (Atlanta, USA)
    • Year and Date
      2016-09-12 – 2016-09-14
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electromigration in Eutectic Sn58Bi Solder Strips2016

    • Author(s)
      X. Zhao, S. Takaya, M. Muraoka
    • Organizer
      2016 M&M International Symposium for Young Researchers
    • Place of Presentation
      State University of New York at Stony Brook (New York, USA)
    • Year and Date
      2016-08-10 – 2016-08-12
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 折れ曲がり形状を有する微細電子配線の損傷しきい電流密度の評価2016

    • Author(s)
      水科拓己,菊池大樹,笹川和彦,藤﨑和弘
    • Organizer
      日本非破壊検査協会 平成28年度東北支部講演会
    • Place of Presentation
      エル・パーク仙台(仙台市)
    • Year and Date
      2016-04-22
  • [Remarks] 東北大学大学院工学研究科 坂/燈明研究室Webページの学術論文リスト

    • URL

      http://king.mech.tohoku.ac.jp/saka/index.htm

URL: 

Published: 2018-01-16  

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