Fragilisation des brasures d'interconnexions pour la reprise de puces microélectroniques.

Abstract

Avec l’avènement des nouvelles technologies et la demande croissante en équipements toujours plus performants, on assiste de plus en plus à la miniaturisation et la complexification des dispositifs microélectroniques (lois de Moore). Cette miniaturisation passe par l’optimisation des modes d’assemblages de composants permettant la densification et l’intégration de puces de fonctionnalités diverses dans un même module. Toutefois, la complexité de ces dispositifs – dits d’intégration hétérogène – introduit un réel besoin d’un procédé de reprise de puces pour la réparation de potentielles défectuosités induites lors de leur assemblage. Les procédés actuels de reprise de puces microélectroniques utilisent des méthodes thermiques pour ramollir (~ 200°C) les brasures d’interconnexions afin de retirer la puce défectueuse, et ce au risque d’endommager le substrat organique thermosensible ou les bonnes puces adjacentes. De plus, ces procédés traditionnels ont montré leurs limites lorsqu’il s’agit de puces à interconnexions à pas fins où les interconnexions possèdent une plus grande quantité de composés intermétalliques (IMC) ayant un point de fusion très élevé (~ 400°C). Il devient donc important de mettre sur pied des procédés alternatifs de reprises de puces défectueuses qui seraient compatibles avec les nouvelles générations de puces microélectroniques à densité élevé d’interconnexions (ex. interconnexions à pas fins ou ultrafins). À cette fin, cette thèse développe une nouvelle méthode de séparation de brasures d’interconnexions à plus faible température (< 100°C) qui exploite un des modes de défaillance connus des métaux solides (la fragilisation par métal liquide (FML)) pour faciliter le retrait de la puce défectueuse. La FML est le phénomène qui définit la perte de ductilité (ou une dégradation des propriétés mécaniques) d’un métal solide lorsqu’il est au contact d’un métal liquide donné. Les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de confirmer la fragilisation de l’alliage de brasure étain-argent-cuivre (SAC) par le gallium (Ga) liquide, et une analyse complète de l’évolution de la microstructure des brasures SAC a permis d’établir le modèle de fragilisation en présence. La cinétique de diffusion du Ga liquide dans les brasures d’interconnexions a été établie et s’est avérée être en accord avec les mécanismes de fragilisation mis en jeu lors de l’exposition des brasures d’interconnexions au Ga liquide. De plus, la particularité des puces Flip-Chip – où les brasures sont inaccessibles individuellement et confinées dans un gap – a motivé la création d’émulsions à base de Ga liquide. L’optimisation de l’action capillaire du Ga liquide dans le gap et de son adhérence sur la surface des brasures a permis d’effectuer avec succès le retrait d’une puce Flip-Chip avec une réduction (de plus de 50%) de sa résistance mécanique et aucun résidu de Ga restant sur le module. Une étude préliminaire de l’action du Ga liquide sur les métallisations sous-jacentes des brasures a permis de démontrer le risque minimal de la méthode sur la fiabilité du module final (pour des substrats avec contacts en cuivre renforcé d’une finition de surface au nickel). Finalement, les résultats présentés dans cette thèse démontrent la faisabilité de l’utilisation de la fragilisation des brasures d’interconnexions comme base d’un nouveau procédé de reprise de puces microélectroniques à faible température.