在構裝的技術中，BGA鍚球的封裝方式是目前產業界所喜愛的封裝方式之一，且無鉛焊料是目前電子業之發展趨勢，所以本實驗為研究Sn-Ag-Cu系列之錫球銲料，在鍍有Cu、Ni/Cu、Au/Ni/Cu之BGA基板上迴焊、時效後之介金屬成長行為及界面反應，瞭解不同金屬鍍層之BGA基版，對Sn-Ag-Cu銲錫之接點所造成的影響。
本研究選擇含磷SAC405錫球銲料，分別與Cu、Ni/Cu、Au/Ni/Cu基版，於1次、2次迴銲(reflow)、175℃時效反應，實驗結果顯示，含磷SAC405與Cu基版在界面反應生成Cu6Sn5、Cu3Sn 介金屬；含磷SAC405與Ni/Cu基版在界面反應生成(Cu,Ni)6Sn5 介金屬，而在靠近Ni層有(Ni,P) 介金屬生成；含磷SAC405與Au/Ni/Cu基版在界面反應生成(Cu,Ni,Au)6Sn5 介金屬，而在靠近Ni層有(Ni,P) 介金屬生成。
研究結果顯示，錫球銲料與不同基版反應，就會影響界面之介金屬的型態和種類，且對銲錫接點有著不同的影響，三種基版中以Au/Ni/Cu基版之介金屬生長較為緩慢。

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目 錄

壹、前言 1
1-1、研究背景 1
1-2、研究動機 2

貳、理論與文獻回顧 3
2-1、金屬間之界面反應 3
2-1-1、Sn/Cu之界面反應 4
2-1-2、Sn-Ag-Cu/Cu之界面反應 7
2-1-3、Sn/Ni之界面反應 8
2-1-4、Sn-Ag-Cu/Ni之界面反應 9
2-1-5、Sn-Ag-Cu/Au/Ni/Cu之界面反應 9
2-2、介金屬成長動力學 11

參、實驗方法 15
3-1、實驗目的 15
3-2、試片準備 15
3-2-1、BGA（Ball-Grid Array）試片製作與分類 15
3-2-2、錫球與Pad之接合部位 16
3-2-3、錫球與Pad之接合條件 16
3-3、實驗步驟 17
3-3-1、試片處理流程 17
3-3-2、試片Cross Section 部位之金相處理 18
3-4、試片分析 19

肆、實驗結果 20
4-1、175°C/Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球接點與Cu基版之界面反應 20
4-1-1、錫球接合部位之IMC成長行為 20
4-1-2、錫球內析出之IMC 21
4-1-3、各成分之擴散行為 22
4-2、175°C/Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球接點與Ni/Cu基版之界面反應 23
4-2-1、錫球接合部位之IMC成長行為 23
4-2-2、錫球內析出之IMC 24
4-2-3、各成分之擴散行為 25
4-3、175°C/Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球接點與Au/Ni/Cu基版之界面反應 26
4-3-1、錫球接合部位之IMC成長行為 26
4-3-2、錫球內析出之IMC 27
4-3-3、各成分之擴散行為 27

伍、討論 29
5-1、175°C/Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球接點與Cu基版之界面反應 29
5-1-1、接合部位之IMC成長行為 29
5-2、175°C/Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球接點與Ni/Cu基版之界面反應 31
5-2-1、錫球接合部位之IMC成長行為 31
5-2-2、錫球內P的擴散行為 33
5-3、175°C/Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球接點與Au/Ni/Cu基版之界面反應 34
5-3-1、接合部位之IMC成長行為 34
5-3-2、錫球內P的擴散行為 35
5-3-3、錫球內AuSn4的擴散行為 35
5-4、175°C/Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球與各基板之比較 36

陸、結論 38

柒、參考文獻 40

















圖 目 錄

圖2-1、Sn-Cu二元相圖 44
圖3-2、實驗計畫流程圖 45

圖4-1.1、The cross-section view for the SAC405(P)/Cu 46
interfaces that had aged at 175°C、1st re-
flow. (a)1 day.(b)5 days.(c)10 days.(d)20 days.
(e)30 days.(f)50 days.
圖4-1.2、The cross-section view for the SAC405(P)/Cu 47
interfaces that had aged at 175°C、2nd re-
flow. (a)1 day.(b)5 days.(c)10 days.(d)20 days.
(e)30 days.(f)50 days.
圖4-2.1、SAC405(P)/Cu 在175°C下1st reflow、IMC 之成分分析 48
圖4-2.2、SAC405(P)/Cu 在175°C下2nd reflow、IMC 之成分分析 49
圖4-3.1、SAC405(P)/Cu 在175°C下，1st reflow1至10天 50
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-3.2、SAC405(P)/Cu 在175°C下，1st reflow20天至50天 51
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-3.3、SAC405(P)/Cu 在175°C下，2nd reflow1天至10天 52
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-3.4、SAC405(P)/Cu 在175°C下，2nd reflow20天至50天 53
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-4.1、SAC405(P)/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 54
(a)1 day.(b)5 days
圖4-4.2、SAC405(P)/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 55
(c)10 days.(d)20 days
圖4-4.3、SAC405(P)/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 56
(e)30 days.(f)50 days
圖4-4.4、SAC405(P)/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 57
(a)1 day.(b)5 days
圖4-4.5、SAC405(P)/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 58
(c)10 day.(d)20 days
圖4-4.6、SAC405(P)/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 59
(e)30 day.(f)50 days
圖4-5.1、The cross-section view for the SAC405(P)/Ni/Cu 60
interfaces that had aged at 175°C、1st reflow.
(a)1 day.(b)5 days.(c)10 days.(d)20 days.
(e)30 days.(f)50 days.
圖4-5.2、The cross-section view for the SAC405(P)/Ni/Cu 61
interfaces that had aged at 175°C、2nd reflow.
(a)1 day.(b)5 days.(c)10 days.(d)20 days.
(e)30 days.(f)50 days.
圖4-6.1、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下1st reflow、IMC 之成分分析 62
圖4-6.1、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下2nd reflow、IMC 之成分分析 63
圖4-7.1、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow1至10天 64
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-7.2、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow20至50天 65
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-7.3、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow1天至10天 66
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-7.4、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow20天至50天 67
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-8.1、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 68
(a)1 day.(b)5 days
圖4-8.2、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 69
(c)10 days.(d)20 days
圖4-8.3、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 70
(e)30 days.(f)50 days
圖4-8.4、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 71
(a)1 day.(b)5 days
圖4-8.5、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 72
(c)10 day.(d)20 days
圖4-8.6、SAC405(P)/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 73
(e)30 day.(f)50 days
圖4-9.1、The cross-section view for the SAC405(P)/Au/Ni/Cu 74
interfaces that had aged at 175°C、1st reflow.
(a)1 day.(b)5 days.(c)10 days.(d)20 days.
(e)30 days.(f)50 days.
圖4-9.2、The cross-section view for the SAC405(P)/Au/Ni/Cu 75
interfaces that had aged at 175°C、2nd reflow.
(a)1 day.(b)5 days.(c)10 days.(d)20 days.
(e)30 days.(f)50 days.
圖4-10.1、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下1st reflow、IMC 之成分分析 76
圖4-10.2、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下2nd reflow、IMC 之成分分析 77
圖4-11.1、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow1至10天 78
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-11.2、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow20至50天 79
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-11.3、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow1天至10天 80
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-11.4、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow20天至50天 81
Ag(上)、P(中)分佈情形。
圖4-12.1、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 82
(a)1 day.(b)5 days
圖4-12.2、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 83
(c)10 days.(d)20 days
圖4-12.3、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow元素分佈圖. 84
(e)30 days.(f)50 days
圖4-12.4、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 85
(a)1 day.(b)5 days
圖4-12.5、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 86
(c)10 day.(d)20 days
圖4-12.6、SAC405(P)/Au/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow元素分佈圖. 87
(e)30 day.(f)50 days
圖5-1、Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球/Cu在175°C，IMC成長示意圖 88
圖5-2.1、SAC405(P)/Cu IMC 厚度與時間之關係圖 89
圖5-2.2、含磷SAC405/Cu、在175°C下，IMC Cu3Sn厚度與時間對數之關係圖 90
圖5-2.3、含磷SAC405/Cu、在175°C下，IMC Cu6Sn5厚度與時間對數之關係圖 91
圖5-3、Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球/Ni/Cu在175°C，IMC成長示意圖 92
圖5-4.1、SAC405(P)/Ni/Cu IMC 厚度與時間之關係圖 93
圖5-4.2、含磷SAC405/Ni/Cu在175°C下，IMC 厚度與時間平方根之關係圖- 94
圖5-5、Sn-4Ag-0.5Cu-P錫球/Au/Ni/Cu在175°C，IMC成長示意圖 95
圖5-6.1、SAC405(P)/Au/Ni/Cu IMC 厚度與時間之關係圖 96
圖5-6.2、含磷SAC405/Au/Ni/Cu在175°C下，IMC 厚度與時間平方根之關係圖- 97
圖5-7.1、SAC405(P)-Au/Ni/Cu 在175°C下，1st reflow Au分佈情形 98
圖5-7.2、SAC405(P)-Au/Ni/Cu 在175°C下，2nd reflow Au分佈情形 99
圖5-8.1、SAC405(P) 1st reflow of IMC 厚度與時間之關係圖---------100
圖5-8.2、SAC405(P) 2nd reflow of IMC 厚度與時間之關係圖---------101

柒、參考文獻
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