16.3 Solder Joint Reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
16.3.1 Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
16.3.2 Underfill, Conformal Coatings, and Encapsulants . . . . . 497
16.3.3 Reliability Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
16.4 Summary and Future Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
16.4.1 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
16.4.2 Future Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
17 Interconnect Quality and Reliability of 3D Packaging . . . . . . . . . . 527
Yaodong Wang, Yingxia Liu, Menglu Li, K. N. Tu, and Luhua Xu
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
17.2 Quality Challenges for 3D Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
17.3 Quality and Reliability of Microbumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
17.3.1 Type 1—Cu/Sn/Cu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
17.3.2 Type 2—Ni/Sn/Ni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
17.3.3 Type 3—Cu/Sn/Ni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
17.3.4 Type 4—Cu/Ni/Sn/Ni/Cu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
17.3.5 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
17.4 Field Performance Prediction of 3D Packaging . . . . . . . . . . . . . 550
17.5 Electromigration Reliability for 3D IC Packaging . . . . . . . . . . . 552
17.5.1 Introduction on Electromigration . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
17.5.2 Experimental Studies of Electromigration
in al and Cu Interconnects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
17.5.3 Electromigration in Flip Chip Solder Joints . . . . . . . . . 556
17.5.4 System Level Electromigration Studies in 3D IC
Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
17.5.5 System Level Weak-Link Failure in 2.5D Integrated
Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
17.5.6 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
17.6 Thermomigration in 3D IC Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
17.6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
17.6.2 Fundamentals of Thermomigration . . . . . . . . . . . . . . . 563
17.6.3 Thermomigration Studies in 3D IC Packaging . . . . . . . 565
17.6.4 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
18 Fault Isolation and Failure Analysis of 3D Packaging . . . . . . . . . . 575
Yan Li and Deepak Goyal
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
18.2 Fault Isolation and Failure Analysis Challenges for Advanced
3D Packages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
18.3 The Application of Non-destructive FI and FA Techniques
to 3D Microelectronic Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
Contents
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16.3.1 Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
16.3.2 Underfill, Conformal Coatings, and Encapsulants . . . . . 497
16.3.3 Reliability Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
16.4 Summary and Future Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
16.4.1 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
16.4.2 Future Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
17 Interconnect Quality and Reliability of 3D Packaging . . . . . . . . . . 527
Yaodong Wang, Yingxia Liu, Menglu Li, K. N. Tu, and Luhua Xu
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
17.2 Quality Challenges for 3D Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
17.3 Quality and Reliability of Microbumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
17.3.1 Type 1—Cu/Sn/Cu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
17.3.2 Type 2—Ni/Sn/Ni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
17.3.3 Type 3—Cu/Sn/Ni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
17.3.4 Type 4—Cu/Ni/Sn/Ni/Cu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
17.3.5 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
17.4 Field Performance Prediction of 3D Packaging . . . . . . . . . . . . . 550
17.5 Electromigration Reliability for 3D IC Packaging . . . . . . . . . . . 552
17.5.1 Introduction on Electromigration . . . . . . . . . . . . . . . . . 553
17.5.2 Experimental Studies of Electromigration
in al and Cu Interconnects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
17.5.3 Electromigration in Flip Chip Solder Joints . . . . . . . . . 556
17.5.4 System Level Electromigration Studies in 3D IC
Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
17.5.5 System Level Weak-Link Failure in 2.5D Integrated
Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
17.5.6 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
17.6 Thermomigration in 3D IC Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
17.6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
17.6.2 Fundamentals of Thermomigration . . . . . . . . . . . . . . . 563
17.6.3 Thermomigration Studies in 3D IC Packaging . . . . . . . 565
17.6.4 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
18 Fault Isolation and Failure Analysis of 3D Packaging . . . . . . . . . . 575
Yan Li and Deepak Goyal
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
18.2 Fault Isolation and Failure Analysis Challenges for Advanced
3D Packages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
18.3 The Application of Non-destructive FI and FA Techniques
to 3D Microelectronic Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
Contents
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