臺灣博碩士論文加值系統

為了了解錫銀(Sn-3.5Ag)銲錫與鎳基材間介金屬化合物(Intermetall Compounds, IMCs)之形成機制及其對可靠度之影響，本研究將錫銀銲錫與鎳基材測試元件進行多次迴銲及高溫儲存熱處理等模擬程序，觀察其介金屬化合物生長情形以及孔洞生長機制的探討，進一步探討其相互關係。
Sn-3.5Ag銲錫與Fe-Co-Ni金屬化墊層接合反應後，在其界面處生成Ni3Sn4介金屬化合物，介金屬化合物中有微量Co元素固溶；並且銲錫層中有Co、Ni元素擴散進去並形成(Ni, Co)Sn4，並且在(Ni, Co)Sn4上方位置有Ag3Sn顆粒團聚。經歷1000小時時效後，銲錫層中觀察到(Ni, Co)Sn4與(Ni, Co)Sn2兩相層狀分布；而經歷七次迴銲試驗後其介金屬化合物成分呈不規則，而緊鄰的為富Sn相。對高溫儲存試驗的介金屬化合物層測量其厚度，其成長速率比Sn-3.5Ag/Ni、Sn-3.5Ag/Co還要快上許多；並對介金屬化合物做XRD成分鑑定，並且依據WDS結果判定介金屬化合物Ni3Sn4。觀察其孔洞的生成並探討其生成原因，認為是Sn快速的消秏並與鎳基材反應生成介金屬化合物，而其位置來不及被其它原子補上，使得孔洞生成。

In order to understand the mechanism of intermetallic compounds (IMCs) formation and growth between Sn3.5Ag solder and Fe-Co-Ni substrate and their effects with reliability, this study would experience multiple reflows and high temperature storage, to observe the growth of IMCs and the mechanism of voids growth, and further explorer the relationship among them.
After Sn-3.5Ag solder and Fe-Co-Ni substrate bonding reaction, the Ni3Sn4 IMCs formed at the interface, and the Ni3Sn4 IMCs with a little Co elements of Ni solubility；and the solder in Co、Ni element diffusion into and the formation of (Ni, Co)Sn4, and Ag3Sn particles above the location of a reunion. Experience of 1000 hours aging, the solder observed (Ni, Co)Sn4 and (Ni, Co)Sn2 two phase；while experiencing 7 reflows test its IMC composition is irregular, but close to being rich Sn phase. High temperature storge tests on IMCs layer thickness measurement, the growth rate of Sn3.5Ag/Fe-Co-Ni is much faster than Sn3.5Ag/Ni and Sn3.5Ag/Co. And using XRD analysis of detecting IMCs and decides the IMCs is Ni3Sn4 which the results correspond WDS analysis. And observe the formation of voids and to explorer the reason for its formation, that is attributed the Sn rapid consumed to form IMCs with Ni substrate, and its location is too late to be filled by other atoms and makes voids formation.

中文摘要I
英文摘要II
誌謝III
總目錄IV
表目錄VI
圖目錄VII
第一章 緒論1
1-1 前言1
1-2 原理與文獻回顧2
1-2-1 封裝概述2
1-3 球柵陣列封裝介紹5
1-3-1 BGA定義5
1-3-2 BGA的分類5
1-3-3 BGA的優異性6
1-4 無鉛銲錫材料及其性質8
1-5 界面接合反應10
1-6 銲錫與基板界面反應與可靠度12
1-7 信賴度測試13
1-7-1 簡介13
1-7-2 測試項目14
1-7-3 失效分析(Failure Analysis)16
1-8 研究動機17
第二章 實驗設計24
2-1 儀器設備24
2-2 實驗流程25
2-3 試片製作25
2-4 信賴性測試25
2-5 試片測試分析26
2-5-1 銲接點界面顯微觀察26
2-5-2 EPMA(Electron Probe Micro-Analysis)26
2-5-3 X-ray結構鑑定26
2-5-4 實驗結果分析26
第3章 結果與討論32
3-1 多重迴銲試驗33
3-1-1 顯微組織33
3-1-2 IMC成分分析34
3-2 高溫儲存試驗36
3-2-1 顯微組織36
3-2-2 IMC成分分析36
3-3 孔洞生成原因探討38
3-3-1 不同元素金屬墊層之影響38
3-3-2 介金屬化合物的生長速率探討39
3-3-3 界金屬化合物與孔洞相互關係40
3-3-4 封裝試片尺寸影響40
第四章 結論62
第五章 參考文獻63
作者簡介66
表目錄
表3-1 一次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基材橫截面WDS元素分析(at%)42
表3-2 七次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基板橫截面WDS元素分析(at%)42
表3-3 一次迴銲後經歷1000小時時效，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基板界面ＷDＳ元素分析(at%)43
圖目錄
圖1-1 封裝的目的18
圖1-2 各封裝層次區分示意圖19
圖1-3 第一層級封裝的各種接合方法19
圖1-4 構裝演進圖20
圖1-5 球柵陣列封裝體實圖20
圖1-6 BGA封裝體內部線路21
圖1-7 PBGA內部結構圖21
圖1-8 CBGA內部結構圖21
圖1-9 TBGA內部結構圖22
圖1-10 MBGA內部結構圖22
圖1-11 介金屬化合物厚度與拉伸強度關係圖23
圖2-1 NIKON ECLIPSE L200光學顯微鏡27
圖2-2 HELLER 1900 EXL對流式迴銲爐27
圖2-3 WTB BINDER FD-53熱風循環烘箱28
圖2-4 HITACHI 4700掃描式電子顯微鏡28
圖2-5 JEOL 8900R電子微探儀29
圖2-6 Sintage X-4000 X光繞射儀29
圖2-7 實驗流程圖30
圖2-8 迴銲溫度曲線Sn-3.5Ag31
圖3-1 多次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與 Fe/Co/Ni金屬墊層基材橫截面SEM圖(a)一次迴銲(b)三次迴銲(c)五次迴銲(d)七次迴銲44
圖3-2 七次迴銲後，Sn-3.5Ag 銲錫與 Fe/Co/Ni金屬墊層基材橫截面45
圖3-3 七次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni金屬墊層基材正面SEM圖(a)介金屬化合物(b)銲錫層富錫相46
圖3-4 迴銲試驗後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni金屬墊層基材橫截面EPMA影像圖與其元素mapping分析(a)迴銲一次(b)迴銲七次47
圖3-5 一次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni金屬墊層基材橫截面影像圖與WDS元素分析48
圖3-6 一次迴銲後，Sn3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni金屬墊層基材橫截面Line Scan線掃描圖49
圖3-7 七次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni金屬墊層基材橫截面EPMA影像圖與WDS元素分析50
圖3-8 七次迴銲後，Sn3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基板界面Line Scan線掃描圖51
圖3-9 七次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni金屬墊層基材介金屬化合物處，SEM正相面影像圖與其EDS點元素分析52
圖3-10 七次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni金屬墊層基材銲錫內富錫相處，SEM正相面影像圖與其EDS元素分析53
圖3-11 七次迴銲後，Sn-3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基板界面介金屬化合物處，X-ray分析54
圖3-12 不同時間高溫儲存試驗後SnAg銲錫與Fe/Co/Ni基材橫截面SEM圖(a)0小時(b)250小時(c)500小時(d)750小時(e)1000小時54
圖3-13 Sn-3.5Ag銲接點介金屬化合物厚度隨時效時間成長曲線圖55
圖3-14 1000小時時效後，Sn-.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基材橫截面56
圖3-15 一次迴銲後，Sn3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基板界面EPMA橫截面影像圖與其元素mapping分析(a)0小時時效(b)1000小時時效57
圖3-16 一次迴銲後，經歷1000小時時效後Sn3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基板界面EPMA橫截面影像圖與其EDX元素分析位置58
圖3-17 一次迴銲1000小時時效後，Sn3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基板界面Line Scan線掃描圖59
圖3-18 Sn-3.5Ag銲接點界面介金屬化合物厚度隨時效時間平方跟成長曲線圖60
圖3-19 迴銲七次後，Sn3.5Ag銲錫與W界面EPMA橫截面影像圖與其元素mapping分析60
圖3-20 一次迴銲後，Sn3.5Ag銲錫與Fe/Co/Ni基板界面橫截面影像圖61

中文部份
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英文部份
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