電子產品已朝輕薄短小、運轉速度快、高功能等特性發展，使得封裝技術也必須朝這一目標前進，在先進的封裝技術中，覆晶晶粒封裝技術便是可以達到此要求的封裝技術，它能提供更輕、更薄、更小電子產品。而負責提供傳導的金屬凸塊（Bump）尺寸與球間距也相對變小。且含鉛元素銲錫材料的禁用規定，使得產業界與學術界一致朝無鉛合金銲錫材料發展。
本文研究主要使用Sn/Ag1.0/Cu0.5與Sn/Ag4.0/Cu0.5兩種無鉛合金錫膏並搭配Al/NiV/Cu金屬層（UBM）利用金屬凸塊製程（bumping）製成無鉛錫球，並討論三種不同球高錫球的剪力強度，經實驗結果發現Ag含量越高初始的剪力強度越強。同時利用多次高溫迴銲的實驗比較兩種錫球的介金屬化合物生長狀況，並比較其剪力強度變化，實驗結果發現Sn/Ag4.0/Cu0.5錫球的介金屬化合物會隨著迴銲次數的增加而增加，使其剪力強度呈現快速下降的趨勢。實驗中並將無鉛錫球進行高溫循環、溫度與溼度、高溫濕度加速壓力、高溫儲存等可靠度測試，觀察其剪力強度變化，實驗結果發現Sn/Ag1.0/Cu0.5錫球仍能保持其抗剪的優異性，而Sn/Ag4.0/Cu0.5錫球卻因介金屬化合物生成的影響使其降低抗剪之優勢。
關鍵字：剪力強度、覆晶封裝、金屬凸塊、介金屬化合物。

The trend of electrical products is light, thin and minimized with the fast operation and multi functionality, which also drives assembly technology towards the same goal. In advanced assembly technology, flip-chip is the one that can achieve the purposes. The pitch and size of a bump, which is in charge of current transmit, are also getting small. The prohibition of using lead content material also stimulates the development of lead-free material in the related industries.
The paper is focused on adopting lead free solder paste such as Sn/Ag1.0/Cu0.5 and Sn/Ag4.0/Cu0.5, together with Al/NiV/Cu UBM made by bumping technology. The empirical analysis is based the shear strength of three different bump heights. The result shows the higher the content of Ag, the higher of the initial shear strength. Moreover, the experiment also investigated two solder bump IMC conditions and shear strength by using multi-reflow. The result shows that the IMC of Sn/Ag4.0/Cu0.5 solder paste increases after times of multi-reflow, but the shear strength was sharply decreased. The reliability test was also performed, such as temperature cycling test, temperature and humidity test, highly accelerated temperature and humidity stress test, high temperature storage life test. It’s found the Sn/Ag1.0/Cu0.5 solder bump could maintain the original ductility; while the Sn/Ag4.0/Cu0.5 solder bump was decreasing the ductility due to the generation of IMC.
Keyword：Shear Strength, Flip-chip, Bump, IMC

目 錄
致謝……………………………………………………………………Ⅰ
目錄……………………………………………………………………Ⅱ
表目錄…………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄…………………………………………………………………Ⅴ
中文摘要………………………………………………………………Ⅹ
ARSTRACT………………………………………………………………XI
第一章 緒論 …………………………………………………………1
1-1 前言 …………………………………………………………1
1-2 金屬凸塊製程簡介 …………………………………………2
1-3 研究背景與目的 ……………………………………………3
1-4 文獻回顧 ……………………………………………………5
1-5 論文架構 ……………………………………………………7
第二章 實驗工作 ……………………………………………………14
2-1 實驗構想 ……………………………………………………14
2-2 實驗儀器設備 ………………………………………………14
2-3 實驗試片製備 ………………………………………………15
2-3-1 無鉛錫球之結合強度測試 ……………………………16
2-3-2 介金屬化合物測試試片製備 …………………………16
2-4 測試項目 ……………………………………………………17
2-4-1 金屬結合強度測試 ……………………………………17
2-4-2 多次高溫迴銲金屬結合強度測試 ……………………18
2-4-3 可靠度測試 ……………………………………………18
第三章 實驗結果與討論 ……………………………………………26
3-1 無鉛錫球之結合強度測試 …………………………………26
3-2 介金屬化合物生成反應 ……………………………………27
3-2-1 多次高溫迴銲後結合強度實驗結果 …………………27
3-2-2 SAC105多次迴銲介金屬化合物生成結果 ……………27
3-2-3 SAC405多次迴銲介金屬化合物生成結果 ……………28
3-3 可靠度測試實驗結果 ………………………………………28
3-3-1 錫球結合強度測試實驗結果 …………………………29
3-4 討論 …………………………………………………………31
第四章 結論與未來展望 ……………………………………………64
參考文獻………………………………………………………………66

表目錄
表1-1 無鉛錫球常添加的合金元素 …………………………………8
表1-2 無鉛銲材添加元素特徵表 ……………………………………9
表2-1 錫球剪應力測試試片設定條件 ………………………………20
表2-2 可靠度測試條件表 ……………………………………………20
表2-3 可靠度測試狀態表 ……………………………………………21
表3-1 SAC105 Sn/1.0Ag/0.5Cu錫球剪力測試數據（單位：g）……35
表3-2 SAC405 Sn/4.0Ag/0.5Cu錫球剪力測試數據（單位：g）……36
表3-3 SAC105多次高溫迴銲測試錫球剪應力值（單位：g） ………37
表3-4 SAC405多次高溫迴銲測試錫球剪應力值（單位：g） ………38
表3-5 SAC105與SAC405錫球IMC厚度變化值 ………………………39
表3-6 TCT高溫循環測試後錫球剪應力值（單位：g） ……………40
表3-7 THT溫度與溼度測試後錫球剪應力值（單位：g） …………41
表3-8 HAST高溫濕度加速壓力測試後錫球剪應力值（單位：g） …42
表3-9 HTST高溫儲存測試後錫球剪應力值（單位：g） ……………43

圖目錄
圖1-1 電子封裝趨勢示意圖 …………………………………………10
圖1-2 覆晶晶粒封裝技術示意圖 ……………………………………10
圖1-3 覆晶晶粒封裝技術示意圖 ……………………………………11
圖1-4 真空蒸鍍錫球示意圖 …………………………………………11
圖1-5 網版印刷示意圖 ………………………………………………12
圖1-6 網版印刷金屬凸塊製程示意圖 ………………………………12
圖1-7 電鍍製作金屬凸塊接點是意圖 ………………………………13
圖1-8 金屬凸塊成品示意圖 …………………………………………13
圖2-1 HTI HT-7錫膏印刷機 …………………………………………22
圖2-2 SIKAMA Falcon8500傳導式迴銲爐 ……………………………22
圖2-3 Dage 4000W剪力試驗機 ………………………………………23
圖2-4 Nikon Optiphot-200 光學顯微鏡 ……………………………23
圖2-5 錫球結構示意圖 ………………………………………………24
圖2-6 錫球剪力測試示意圖 …………………………………………24
圖2-7 多次迴銲測試流程圖 …………………………………………25
圖2-8 重流爐溫度曲線圖 ……………………………………………25
圖3-1 Bump Height：70 um、Bump Pitch：150 um錫球剪力測試趨勢圖 ……………………………………………………………44
圖3-2 Bump Height：90 um、Bump Pitch：200 um錫球剪力測試趨勢圖 ……………………………………………………………44
圖3-3 Bump Height：165 um、Bump Pitch：510 um錫球剪力測試趨勢圖 ……………………………………………………………44
圖3-4 SAC105錫球結合強度趨勢圖 …………………………………45
圖3-5 SAC405錫球結合強度趨勢圖 …………………………………45
圖3-6 SAC105多次迴銲測試錫球結合強度趨勢圖 …………………46
圖3-7 SAC405多次迴銲測試錫球結合強度趨勢圖 …………………46
圖3-8 SAC105錫球歷經多次高溫迴銲錫球外觀形貌SEM示意圖，放大倍率X500：（a）第0次迴銲、（b）第1次迴銲、（c）第5次迴銲、（d）第10次迴銲 ……………………………………47
圖3-9 SAC105錫球歷經多次高溫迴銲錫球外觀形貌SEM示意圖，放大倍率X4000：（a）第0次迴銲、（b）第1次迴銲、（c）第5次迴銲、（d）第10次迴銲 ……………………………………48
圖3-10 SAC105 260℃第0次多次高溫迴銲錫球內介金屬化合物成長示意圖（單位：μm）………………………………………… 49
圖3-11 SAC105 260℃第1次多次高溫迴銲錫球內介金屬化合物成長示意圖（單位：μm）………………………………………… 49
圖3-12 SAC105 260℃第5次多次高溫迴銲錫球內介金屬化合物成長示意圖（單位：μm）………………………………………… 50
圖3-13 SAC105 260℃第10次多次高溫迴銲錫球內介金屬化合物成長示意圖（單位：μm）………………………………………… 50
圖3-14 SAC105錫球歷經多次高溫迴銲剪力推球破壞形貌SEM示意 圖，放大倍率X1000：（a）第0次迴銲、（b）第1次迴銲、（c）第5次迴銲、（d）第10次迴銲 ………………………………51
圖3-15 SAC405錫球歷經多次高溫迴銲錫球外觀形貌SEM示意圖，放大倍率X500：（a）第0次迴銲、（b）第1次迴銲、（c）第5次迴銲、（d）第10次迴銲 ……………………………………52
圖3-16 SAC405錫球歷經多次高溫迴銲錫球外觀形貌SEM示意圖，放大倍率X4000：（a）第0次迴銲、（b）第1次迴銲、（c）第5次迴銲、（d）第10次迴銲 …………………………………53
圖3-17 SAC405 260℃第0次多次高溫迴銲錫球內介金屬化合物成長示意圖（單位：μm）………………………………………… 54
圖3-18 SAC405 260℃第1次多次高溫迴銲錫球內介金屬化合物成長示意圖（單位：μm）………………………………………… 54
圖3-19 SAC405 260℃第5次多次高溫迴銲錫球內介金屬化合物成長示意圖（單位：μm）………………………………………… 55
圖3-20 SAC405 260℃第10次多次高溫迴銲錫球內介金屬化合物成長示意圖（單位：μm）………………………………………… 55
圖3-21 SAC405錫球歷經多次高溫迴銲剪力推球破壞形貌SEM示意圖，放大倍率X1000：（a）第0次迴銲、（b）第1次迴銲、（c）第5次迴銲、（d）第10次迴銲 …………………………… 56
圖3-22 TCT高溫循環測試後錫球剪應力趨勢圖 ……………………57
圖3-23 THT溫度與溼度測試後錫球剪應力趨勢圖 …………………57
圖3-24 HAST高溫濕度加速壓力測試後錫球剪應力趨勢圖 ……… 58
圖3-25 HTST高溫儲存測試後錫球剪應力趨勢圖 ………………… 58
圖3-26 TCT測試後剪力推球外貌破壞形貌OM示意圖 （a）SAC105 Original （b）SAC105 500 cycles （c）SAC105 1000 cycles （d）SAC405 Original （e）SAC405 500 cycles （f）SAC405 1000 cycles ………………………………………………… 59
圖3-27 THT測試後剪力推球外貌破壞形貌OM示意圖 （a）SAC105 Original （b）SAC105 500 hours （c）SAC105 1000 hours （d）SAC405 Original （e）SAC405 500 hours （f）SAC405 1000 hours ………………………………………………… 60
圖3-28 HAST測試後剪力推球外貌破壞形貌OM示意圖 （a）SAC105 Original （b）SAC105 50 hours （c）SAC105 100 hours （d）SAC405 Original （e）SAC405 50 hours （f）SAC405 100 hours …………………………………………………………61
圖3-29 HTST測試後剪力推球外貌破壞形貌OM示意圖 （a）SAC105 Original （b）SAC105 500 hours （c）SAC105 1000 hours （d）SAC405 Original （e）SAC405 500 hours （f）SAC405 1000 hours ………………………………………………… 62
圖3-30 多次高溫迴銲結合強度測試趨勢圖 ……………………… 63
圖3-31 多次高溫迴銲後IMC生成變化趨勢圖 …………………… 63

參考文獻
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