5.2.3 Model Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.2.4 Governing Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.2.5 Extension to Multi-component and Multi-phase
Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.2.6 Coupling with Physical Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.3 PFC Model for TSV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.3.1 Triangle Lattice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.3.2 Square Lattice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.3.3 Graphene-Based TSV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6 Atomic Scale Kinetics of TSV Protrusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Jinxin Liu, Zhiheng Huang, Paul Conway, and Yang Liu
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.2 Model Setting and an Example of TSV Protrusion . . . . . . . . . . 132
6.3 Protrusion Under Different Mechanical Loading
Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.3.1 Shear Strain c yx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.3.2 Normal Strain e x and Shear Strain c xy . . . . . . . . . . . . . 135
6.3.3 Normal Strain e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
6.3.4 Loading Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.4 Effect of Grain Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.4.1 Grain Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.4.2 Grain Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.4.3 Grain Orientation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.5 Effect of Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.6 Effect of Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6.6.1 TSV Shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6.6.2 Sidewall Roughness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
6.7 General Perspectives of TSV Protrusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.7.1 Atomic Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.7.2 Prediction Criteria of Protrusion Profile . . . . . . . . . . . . 150
6.7.3 A Viewpoint from Plastic Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
6.8 Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
7 Fundamentals and Failures in Die Preparation
for 3D Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Huan Ma, Hualiang Shi, and Erasenthiran Poonjolai
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7.2 Brief Overview of TSV Wafer Fabrication Processes . . . . . . . . 158
7.3 Temporary Wafer Bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.4 Wafer Debonding and Clean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Contents
vii