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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王碩宏
研究生(外文):Shuo-hung Wang
論文名稱:BGA無鉛(Sn-Zn)與(Sn-Zn-Al)錫球接點之顯微分析研究
論文名稱(外文):The Study of Microstructure Analysis of Sn-Zn And Sn-Zn-Al Solder Ball in BGA Package.
指導教授:謝克昌
指導教授(外文):Ker-chang Hsieh
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:材料科學研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:41
中文關鍵詞:錫鋅錫鋅鋁無鉛錫球
外文關鍵詞:Sn-Zn solderSn-Zn-Al solder
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隨著電子構裝技術的日新月異,現今的電子元件莫不朝向輕薄短小的方向來發展,而Ball Grid Array(BGA)封裝近幾年在封裝技術上的應用日漸廣泛,原因是BGA錫球陣列式排列可以繼續以高密度錫球排列方式供應更高密度接腳數,而錫球與基材的接合性為決定電子元件可靠度與壽命的重要因素。由於鉛對人類健康有潛在的威脅,歐盟、美國、日本….等國已著手立法,希望利用相關法規規範,以降低含鉛使用量,故BGA封裝技術也將利用無鉛錫球取代含鉛錫球。

本實驗所使用之無鉛錫球為Sn-9Zn與Sn-7.23Zn-0.01Al合金系統,經由在高溫儲存、恆溫恆溼、PPOT之時效處理,及不同Reflow次數下會造成微接點顯微組織中的IMC成長,影響到BGA錫球微接點之可靠度,所以將量測錫球微接點的剪應力強度值,並以SEM觀察錫球微接點破裂面之顯微組織結構,再針對微接點之破裂面作EDS定性分析。所以,綜合以上之結果可以發現:(1)微接點剪應力強度會因Reflow次數增多而下降;而接合強度以經高溫時效處理為最強,恆溫恆溼時效處理次之,PPOT時效處理之試片為最弱;整體而言,Sn-Zn合金系統較Sn-Zn-Al合金系統的強度高,即Sn-Zn Solder和Pad的接合強度較好(2)微接點之破裂面在Solder時,其接合強度最高,而破裂面在Solder和(Au-Zn)IMC接合處,則接合強度次之,當破裂面靠近Ni Pad時,其接合強度為最低(3)分析Sn-Zn-Al合金系統之試片時,其分析的結果顯示,所加入微量的Al散佈於破裂面間,而非如我們所預期的,飄散於錫球表面,形成薄薄的氧化層,減少錫球內部的氧化情形。
目錄
表目錄
圖目錄
壹、前言 1
1-1 研究背景 1
1-2 文獻回顧 2
貳、實驗方法 7
2-1實驗目的 7
2-2實驗流程 7
2-3試片之製作 8
2-4試片種類及編號 10
2-5實驗處理 11
2-6推球過程 14
2-7 BGA試片Cross-Section部位之金相處理 15
2-8試片觀察與分析 16

參、實驗結果與討論 17
3-1 剪應力強度測試 17
3-2 Pad Surface 破裂面的顯微組織觀察 18
3-3 破裂面顯微組織經SEM定性分析結果之討論 18
3-4 破裂面剪應力強度測試值與SEM定性分析結果之交叉比較 19
肆、結論 21
伍、參考文獻 23











表目錄
表一、BGA256R01/R02/R03 試片之剪應力強度測試值 25
表二、BGA256R01-Al/R02-Al/R03-Al 試片之剪應力強度測試值 26
表三、BGA256RH01/RH02/RH03試片之剪應力強度測試值 27
表四、BGA256RH01-Al/RH02-Al/RH03-Al 試片之剪應力強度測試值 27
表五、BGA256P01/P02/P03 試片之剪應力強度測試值 28
表六、BGA256P01-Al/P02-Al/P03-Al 試片之剪應力強度測試值 28









圖目錄
圖1-1 含鉛之IC電子元件對人類健康影響之示意圖 29
圖2-1 針棒狀的Zn-rich phase均勻的分散在β-Sn中 29
圖2-2 介金屬化合物γCu5Zn8和ηCu6Sn5之SEM顯微組織觀察 30
圖2-3 Au-Zn 介金屬化合物之SEM顯微組織觀察 30
圖2-4 鄰近銲錫處之介金屬化合物為扇貝狀的Cu6Sn5之SEM顯微組織觀察 31
圖2-5 顆粒狀的Ag3Sn之TEM分析 31
圖3-1 BGA256R01/R02/R03試片微接點破裂面之EPMA觀察 32
圖3-2 BGA256R01-Al/R02-Al/R03-Al 試片微接點破裂面之EPMA觀察 33
圖3-3 BGA256RH01/RH02/RH03試片微接點破裂面之EPMA觀察 34
圖3-4 BGA256RH01-Al/RH02-Al/RH03-Al 試片微接點破裂面之EPMA觀察 34
圖3-5 BGA256P01/P02/P03 試片微接點破裂面之EPMA觀察 35
圖3-6 BGA256P01-Al/P02-Al/P03-Al 試片微接點破裂面之EPMA觀察 35
圖3-7 BGA256R01/R02/R03試片微接點破裂面之SEM-EDS分析 36
圖3-8 BGA256R01-Al/R02-Al/R03-Al 試片微接點破裂面之SEM-EDS分析 37
圖3-9 BGA256RH01/RH02/RH03試片微接點破裂面之SEM-EDS分析 38
圖3-10 BGA256RH01-Al/RH02-Al/RH03-Al 試片微接點破裂面之SEM-EDS分析 39
圖3-11 BGA256P01/P02/P03 試片微接點破裂面之SEM-EDS分析 40
圖3-12 BGA256P01-Al/P02-Al/P03-Al 試片微接點破裂面之SEM-EDS分析 41
伍、參考文獻:
1.Zequn Mei, Matt Kaufmann, Ali Eslambolchi, and Pat Johnson, “Brittle Interfacial Fracture of PBGA Packages on Electronless Ni/Immersion Au,” Proc. 48th Electronic Component and Technology Conference, pp 952~961,May,1998.
2.K. Suganuma, and K. Niihara, J. Mater. Res., 13(10), 1998, pp. 2859-2865.
3.K. L. Lin, and T. P. Liu, Oxidation of Metals, 50(3/4), 1998, pp. 255-267.
4.黃家緯,林光隆,銲接與切割期刊,13卷2期,2003,pp. 24
5.Coyle, R.J., Holliday, A., Mescher, P., Solan, P.P., Gahr, S.A., Cyker, H.A., Dorey, K. and Ejim, T.I. , “The Influence of Nickel/Gold surface Finish on the assembly Quality and Long Term Reliability of Thermally Enhanced BGA Package,” Electronics Manufacturing Technology Symposium, 1999. Twenty-Fourth IEEE/CPMT , pp 23-25.1999 .
6.Levis, K.-M.; Mawer, A. , “Assembly and Solder Joint Reliability of Plastic Ball Grid array with Lead-Free Versus Lead-Tin Interconnect,” Electronic Components & Technology Conference, 2000. 2000 Proceedings. 50th ,pp 1198-1204, 2000.

7.Erich, R.; Coyle, R.J.; Wenger, G.M.; Primavera, A. , “Shear Testing and Failure Mode Analysis for Evaluation of BGA Ball Attachment,” Electronics Manufacturing Technology Symposium, 1999. Twenty-Fourth IEEE/CPMT , pp 16-22, 1999 .
8.張道智,洪敏雄,王木琴,林東毅,銲接與切割期刊,13卷1期,2003,pp. 46-51
9.M. Y. Chiu, ” Sn8Zn3Bi無鉛銲錫塑膠及陶瓷球格陣列界面反應研究” 國家圖書館。
10.施嘉玲 ” 錫鋅銀無鉛銲錫與銅基材之潤濕行為” 成功大學材料科學及工程學系 碩士論文(2002)。
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