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Sn-Cu codeposition from a non-aqueous solution based on ethylene glycol for wafer-bonding applications: direct and pulse electroplating
No full textMetal wafer bonding is being investigated in industry and research fields due to the relatively low process temperatures (T < 500 °C) and, at the same time, to obtain a metallic junction able to offer greater reliability compared with other materials. In this work, electrodeposition of eutectic Sn-Cu alloy, suitable for wafer bonding, was studied using ethylene glycol (EG) as a solvent. The resulting organic electrolyte was used for its promising properties, such as a wider electrochemical window than traditional aqueous electroplating baths. Ethylene glycol solutions containing copper(II) and tin(II) chloride salts were characterised electrochemically by means of cyclic voltammetry (CV) and linear sweep voltammetry (LSV). Deposition was performed both under direct (DC) and pulsed (PC) current conditions and the advantages of the latter are discussed, also in terms of surface morphology as observed by scanning electron microscope (SEM). Wafer bonding was successfully achieved and the interdiffusion of copper and tin species in the bonding region is discussed
Cu-sn/cu solid liquid interdiffusion (SLID) wafer bonding
No full textLAUREA MAGISTRALEInterdiffusione solido-liquido (SLID) Il legame wafer è una tecnica emergente di integrazione del circuito 3D che ha molte applicazioni nell'industria degli imballaggi elettronici. I principali vantaggi di questo metodo sono le proprietà meccaniche di alto livello e la resistenza alle alte temperature della struttura incollata.
Nell'ambito di questo quadro, la presente ricerca studia il comportamento del sistema Sn / Cu-Cu sottoposto a SLID analizzando i composti intermetallici (IMC) formati ad alte temperature durante il processo di adesione. La fase IMC desiderata per il sistema attuale è per l'interconnessione finale da raggiungere.
Sono state eseguite deposizioni di Cu e Sn su wafer di Si e i parametri ottimali sono stati identificati mediante diagrammi di voltammetria ciclica e di velocità di deposizione. Infine, è stato condotto il legame SLID ei campioni risultanti sono stati analizzati al microscopio per determinare le fasi intermetalliche formate e l'omogeneità.
I risultati hanno mostrato che con l'aumentare della temperatura e della pressione, è favorita la formazione della fase desiderata e l'interstrato di legame risulta più omogeneo e robusto.Solid-Liquid Interdiffusion (SLID) Wafer bonding is an emerging 3D circuit integration technique that has a lot of applications in electronic packaging industry. The main advantages of this method are the high level mechanical properties and the high temperature resistance of the bonded structure.
Under the above framework, the present research, studies the behavior of the system Sn/Cu-Cu undergoing SLID by analyzing the intermetallic compounds (IMCs) formed at high temperatures during bonding process. The desired IMC phase for the present system is for the final interconnection to be achieved.
Depositions of Cu and Sn over Si wafer were performed and the optimal parameters were identified by cycling voltammetry and deposition rate plots. Finally, SLID bonding was conducted and the resulting specimens were analysed microscopically for the determination of the intermetallic phases formed and homogeneity.
Results showed that with increasing temperature and pressure, the formation of the desired phase is favored and the bonding interlayer results to be more homogeneous and robust
Au-Sn electrodeposition for eutectic bonding
No full textLAUREA MAGISTRALEPer la deposizione di leghe Au-Sn, una soluzione relativamente stabile, debolmente alcalina, non cianurica è stata testata su una gamma di composizioni. La soluzione è composta da sali di cloruro di Au e Sn, citrato di ammonio come stabilizzanti come agente tampone e acido ascorbico e solfito di sodio. Il lavoro si concentra sulla parametrizzazione e l'implementazione di un processo di legame eutettico Au-Sn wafer bonding. Viene condotta e completata un'analisi sistematica delle risorse e delle fasi intermedie del metodo, delineando i nostri punti di partenza sia da una letteratura consolidata che da un punto di vista accademico. Ciò è stato confrontato con una metodologia volta a garantire una riproducibilità coerente studiando le conseguenze della modifica dei parametri principali e il conseguente sviluppo di un protocollo di deposizione da utilizzare nei seguenti test. Gravi problemi osservati e risolti ci hanno permesso di comprendere meglio le proprietà di stabilità degli elettroliti utilizzati e di raccomandare precauzioni per preservarli. Durante questa ricerca, il bonding non ebbe successo. Ciò è dovuto a vari fattori, tra cui condizioni controllate sfavorevoli. A causa della maggiore pressione di incollaggio, uno dei fattori per questo fallimento è stato lo stress elevato. L'alta pressione causata da un'elevata pressione di incollaggio è stata uno dei fattori per questo fallimento. Ma in studi futuri, lo stesso aspetto può essere visto come un punto importante. Una possibile spiegazione da descrivere era la dimensione del campione, forse che i risultati innovativi con queste caratteristiche sarebbero stati piacevoli se i campioni fossero più grandi delle dimensioni attuali dello studio. La sigillatura è un'altra parte essenziale della discussione che deve essere eseguita correttamenteFor the deposition of Au-Sn alloys over a range of compositions, a relatively stable, weakly acidic, non-cyanide electroplating solution has been tested. The solution consists of Au and Sn chloride salts, as well as ammonium citrate as stabilizers as a buffering agent and ascorbic acid and sodium sulphite. The context of this thesis focuses on parametrizing and implementing an active Au-Sn eutectic bonding process between wafers for use in sealing of industrial MEMS. A systematic analysis of the resources and intermediate stages of the method is carried out and comprehensive, outlining our starting points from both an established literature and an academic point of view. This was faced with a methodology aimed at consistent reproducibility by investigating the consequences of the modification of main parameters and the resulting development of a deposition protocol to be used in the following trials. Serious problems observed and solved gave us a better understanding of the stability properties of the electrolytes used and recommended precautions for preserving them. Throughout this research, bonding was not successful. This is due to various of factors, including poor controlled conditions. Due to increased bonding pressure, one of the factors for this failure was high stress. High pressure caused by high bonding pressure was one of the factors for this failure. But in future studies, the same aspect can be viewed as an important point. One possible explanation to describe was the sample size, perhaps that the innovative results with these features would have been agreeable if the samples were bigger than the current size of the study. Sealing is another essential part of the discussion which needs to be done appropriately
Au-Sn electrodeposition for MEMS oriented wafer eutectic bonding
Full text linkLAUREA MAGISTRALELo scopo che questo studio si prefigge è di ottenere un insieme di parametri utili ed affidabili per l'ottenimento di uno strato di bonding tra wafer tramite l'utilizzo del punto eutettico del diagramma intermetallico oro-stagno.
L'intento applicativo di questa ricerca trova utilizzo nel campo della microelettronica in cui la chiusura ermetica dei circuiti integrati e le loro capacità di gestire il calore sono, di anno in anno, sfide sempre più ardue.
l'approccio intellettuale parte dalla necessità assoluta di affidabilità e ripetibilità, scopo primo e ultimo dell'intero studio.
Nelle pagine successive è raccolta un'approfondita ricerca bibliografica sui temi affrontati, utile premessa per noi in sede di pianificazione ed attuazione del lavoro stesso e per il lettore per inquadrare il processo mentale che ci ha condotto ad attuare varie scelte specifiche.
La suddivisione dello stato dell'arte della conoscenza scientifica attualmente disponibile è tripartita: ad un'introduzione al concetto di elettrodeposizione, con il suo studio nel caso specifico della deposizione di stagno su un metallo nobile, segue lo studio del diagramma di fase dei due metalli in esame, per poi concludere con la teoria del bonding vero e proprio.
Lo scopo ultimo di questa teoria è stato di inquadrare le nostre scelte, da una definizione dei parametri operativi delle varie fasi, alle interazioni dei componenti e materiali, fino a quantificare dei parametri ideali per poter definire un risultato come ideale o accettabile.
A corollario è incluso un capitolo con delle brevi introduzioni ai metodi e gli strumenti di caratterizzazione utilizzati.
A concludere, dopo la teoria e la pratica, seguono le nostre conclusioni e prospettive future per questo ambito di ricerca, un capitolo sui metodi di misura sperimentale ed il loro funzionamento ed infine doverosi ringraziamenti a chi ha contribuito a rendere possibile questo lavoro, in modo diretto, o in modo più ampio come fonti bibliografiche.The scope of this study focusses on the parametrization and execution of an effective Au-Sn eutectic bonding process between wafers for the application in industrial MEMS hermetic sealing.
A thorough study of the materials and intermediate process steps is performed and detailed, exposing our starting points from both a known literature and intellectual standpoint.
Our first step concerned the deposition of Sn on industrial Au plated substrates of varying thickness.
This was faced with an approach aimed to reliable reproducibility by exploring the effects produced by the variation of key parameters and the subsequent establishment of a “standard” empirical deposition procedure to be employed in following tests
Issues encountered and solved brought us to better understand the stability properties of the electrolytes used and advisable preservation precautions for the same.
Through extensive Cyclic Voltammetry, XRD, SEM, XRF and optic characterization our deposition process was standardized after having achieved a result deemed promising to be used in the bonding process.
Bonding was then performed following literature and empirically viable guidelines
A method to test the feasibility of the process proper and its dependence on temperature, pressure and treatment time was employed, substituting the traditional repeated analysis of the same sample over time with the simultaneous testing of samples produced under varying conditions.
This allowed us both to find the optimal bonding conditions and process parameters to achieve literature ideal final composition and to observe intermediate points in the reactions by employing parameters which promoted a slower kinetic evolution of the system.
The end result demonstrated the process feasibility under laboratory conditions, recording process parameters with output fitting theoretical literature understanding of the phenomenon
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Electrodeposition of tin on gold and nickel/gold substrate for wafer bonding application
No full textLAUREA MAGISTRALEL’intero lavoro è stato condotto al Politecnico di Milano, presso i laboratori del SEE Lab-Surface & Electrochemical Engineering Labs nel campus di via Mancinelli.
Lo scopo di questa tesi è quello di ottenere e mettere a punto il processo di Solid-Liquid Interdiffusion Bonding svolto attraverso l’uso della lega saldante Au-Sn alla composizione eutettica, partendo dalla elettrodeposizione di uno strato di stagno, e di investigare il ruolo dello strato di nichel interposto tra oro e stagno. Tale processo è un passaggio fondamentale nella sigillatura ermetica di microcomponenti a livello industriale, specialmente per la sua applicazione nell’ambito dei Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS).
In primo luogo, un’introduzione che raccoglie alcune delle opere precedenti riguardanti questo argomento sarà presentata come stato dell’arte. Questo serve non solo come punto di partenza, ma anche come guida per l’esecuzione di una procedura corretta e come riferimento per i risultati ottenuti. Questa raccolta contiene la descrizione dei principali processi di wafer bonding, una revisione della elettrodeposizione di stagno e delle condizioni favorevoli alla formazione di lega oro-stagno eutettica e infine una panoramica sulle strutture a strato di un bonding e sui fenomeni che regolano l’interazione tra il nichel e gli intermetallici della lega di saldatura.
Come primo passo, sono state svolte la caratterizzazione e l’ottimizzazione della soluzione di stagno metansolfonato, tramite voltammetria ciclica e voltammetria a scansione lineare. Considerando i ruoli degli additivi in soluzione, e con test di efficienza di deposizione, è stata trovata una prima idonea soluzione
Come secondo passo, la caratterizzazione dello strato di stagno è stata compiuta per poter trovare le condizioni ottimali con cui depositare stagno su substrato di oro (o stagno su nichel su oro). Conoscendo il tasso di crescita di questo strato, sono state rilevate le morfologie superficiali dei depositi ed è stata eseguita una analisi composizionale in sezione per definire i migliori parametri di deposizione per ottenere la struttura a strati desiderata.
Dopo questi due step importanti, la parte finale è dedicata unicamente allo SLID bonding. In questo lavoro è stato inventato un apparato sperimentale per facilitare il processo in laboratorio ed anche per provvedere un modo conveniente di monitorare e controllare il bonding.
VI
I due wafer, una volta uniti, sono stati analizzati con la spettroscopia ad elettroni diffusi del SEM per rilevare le fasi che si sono formate. L’analisi è stata eseguita con lo scopo di valutare l’effetto del trattamento termico sui campioni e l’effetto del cambio di pressione applicata, mantenendo la temperatura e il tempo di processo fissati. Inoltre, è stata eseguita l’indagine sul ruolo dello strato interposto di Ni nel test descritto precedentemente.The entire study has been conducted at Politecnico di Milano, in the laboratories and facilities of the SEE Lab-Surface & Electrochemical Engineering Labs.
The aim of this master thesis was to obtain and develop the Solid-Liquid Interdiffusion Bonding process through the eutectic Au-Sn solder alloy, starting from the electrodeposition of the tin layer, and to investigate the role of the nickel interlayer between gold and tin. Such process is a fundamental step in the industrial hermetic sealing of micro-components, especially for its application in the Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) area.
Firstly, an introduction that collects some of the previous works on this subject is presented as a state of the art. The literature background serves not only as a starting point, but also as a guideline for the execution of a correct procedure and as a reference for the obtained results. This collection contains the description of the principal wafer bonding processes, a review in the electrodeposition of tin and of the favorable conditions to form the gold-tin eutectic alloy and finally an overview of the bonding layer structures and on the phenomena that regulates the interaction between the nickel metal and the solder intermetallics.
As a first step, the characterization and optimization of the tin methanesulfonate solution have been carried out, through cyclic and linear sweep voltammetry test. By considering the role of the additives in the solution, and with deposition efficiency test, an initial suitable solution was found.
As a second step, the tin layer characterization was performed in order to find the optimal conditions to deposit tin on gold (or nickel/gold) substrate. By knowing the growing rate of this layer, surface morphologies and cross section compositional analysis have been conducted to define the best deposition parameters to obtain the desired layer structure.
After these two important steps, the final part will be all about the SLID bonding test. In this work an experimental setup was invented to ease the process in the laboratory as well as to provide a convenient way to control and monitor the bonding process itself. The bonded wafers were investigated with the SEM-EDS to reveal the phases that had formed. The analysis was aimed to check the effect of the heat treatment on the specimens and the change of the applied pressure. Also the investigation on the effect of the Ni interlayer was carried out in the test described before
Direct and pulsed current co-deposition of a Sn-Cu alloy from non-aqueous solution
No full textLAUREA MAGISTRALELo scopo di questo lavoro è la deposizione di una lega rame-stagno, alla composizione eutettica, tramite l’utilizzo di un liquido ionico come solvente, e l’applicazione di questo deposito per il wafer bonding. I liquidi ionici sono solventi organici che sono liquidi a temperatura ambiente, inizialmente introdotti per la deposizione di metalli che non potevano essere depositati tramite i normali solventi acquosi industriali, hanno a poco a poco assunto sempre più importanza all’interno dell’ambito di ricerca. Le caratteristiche principali dei liquidi ionici, che li rendono interessanti, sono l’ampia finestra di potenziale per le deposizioni e la possibilità di co-depositare metalli con potenziale di riduzione diversi, grazie al fatto che questi potenziali cambiano usando questo tipo di solventi.
Il sistema rame-stagno ha un eutettico quando la percentuale atomica dello stagno è del 98,7%. L’eutettico è il punto con minor temperatura di fusione di tutto il sistema, ed è sfruttato in microelettronica per processi come l’integrazione di dispositivi, che degraderebbero ad alte temperature. Il wafer bonding consiste nel pressare due wafer, uno con il deposito e uno senza, a temperature leggermente sopra la temperatura di fusione del deposito per ottenere un unico oggetto.
Questo lavoro di tesi si divide nella caratterizzazione elettrochimica della soluzione usata, e nell’ottimizzazione dei parametri di processo, per ottenere un deposito con la giusta composizione e con una buona morfologia e spessore adeguato alle applicazioni come il wafer bonding. La soluzione è composta da etilene glicole come solvente organico, e da sali clorurati di rame e di stagno, in aggiunta è stato inserito un additivo per migliorare la morfologia del deposito. Inizialmente ci siamo concentrati sulla deposizione in controllo di corrente diretta, successivamente abbiamo caratterizzato anche depositi ottenuti mediante corrente pulsata. È stato fatto infine un confronto tra più depositi in corrente diretta e pulsata per capire i vantaggi dell’una e dell’altra.
Abbiamo osservato un deposito, mantenuto in basso vuoto, dopo un mese dalla deposizione per capire se si formassero i whisker di stagno, che effettivamente erano presenti.
La parte finale del lavoro consiste nel fare il wafer bonding con due depositi, uno ottenuto in corrente diretta, l’altro in corrente pulsata, e nell’analisi di questo, per analizzare la variazione di concentrazione degli elementi lungo la sezione del bonding.The purpose of this thesis work is the deposition of a layer composed by copper and tin at the eutectic composition, using ionic liquids, and the use of that layer for wafer bonding applications.
Ionic liquids are a group of organic solvents that are liquid at ambient temperature. They were introduced for the deposition of metals like Al and Ti that are difficult to deposit by commercial aqueous solutions. Due to their great potential window and the possibility of co-depositing many metals, ionic liquids acquired more and more importance in research.
The Cu-Sn system has a eutectic point when the atomic percentage of tin is 98,7%, the eutectic is the lower melting point of the system. This low melting temperature is used in microelectronics for the integration of active and passive devices, that can degrade at high temperature. Wafer bonding takes advantage of the eutectic to form a bond between two different wafers, with in between the layer of copper and tin.
In this work we characterized electrochemically a solution based on ethylene glycol as the solvent and chlorinated salts of copper and tin. We also optimized the deposition parameters to obtain a good morphology and an adequate thickness of the layer. We performed both direct current and pulsed current deposition and make a comparison between the results obtained. The use of an additive improved the morphology and the density of the deposit.
We observed the formation of tin whiskers performing SEM analysis on a sample after a month from the deposition.
The last point of this work was the performing and analysing of wafer bonding. Wafer bonding was performed on two different samples, one deposited by direct current deposition, and one in pulsed current deposition. The two attempts were analysed with SEM microscope to understand the distribution of the elements along the section of the bonding
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
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