以往IC封裝主要是以金作為熱壓接合的導線材，但近年來因為成本的考量，金導線有漸漸被銅導線取代的趨勢，銅導線的優點為延展性佳且成本較金導線低廉許多。銅導線打在晶片上的接合好壞會影響整個IC是否正常運作，甚至損害電子商品整體形象，所以提高電子封裝產品
的可靠度是很重要的。
本實驗是將南茂公司提供之三組銅線接點在205℃時效，並有一組金線接點在175℃時效下，對於可靠度所產生的影響，結果發現導線中鍍上了一層Pd元素，有效抑制了銅原子與金原子擴散至IMC層的速率，就算將高溫時效時間拉長，IMC層仍無顯著成長，所以鍍上Pd元素對於電子封裝產品可靠度的提升有相當顯著的功用，同時我們也發現
銅鋁微接點的可靠度優於金鋁微接點。
近年來封裝的主流之一為球矩陣排列封裝（Ball Grid Array Package），且隨著環保意識的高漲，無鉛銲料已成目前業界之發展趨勢。在封裝中，因為銲料(Solder)與基板材料不同，造成原子擴散，在界面產生IMC。良好的界面可以加強銲料與基板的結合力。因此探討
BGA界面的生長行為以及接點的可靠度是重要的課題。
本實驗研究由南茂公司提供之BGA無鉛錫球試片SAC105與SAC305，在經過155℃時效處理後研究IMC與錫球內部成分隨時間變化的情況。其中SAC305以往是用無鉛錫球的主流，但因為接點可靠度的問題，目前也積極往SAC105方向進行研究。結果顯示SAC105與SAC305錫球界面處皆生成 IMC (Cu,Ni,Au)6Sn5。而隨著時效時間的增長，至時效增長至120天時，原本的IMC層(Cu,Ni,Au)6Sn5下方又生成IMC (Ni,Cu)3Sn4。同時比較二組IMC的厚度成長速率可以發現，SAC305
之IMC厚度成長速率始終比SAC105快，造成其接點可靠度降低。

none

目錄
摘要 i
目錄 ii
表目錄 v
圖目錄 vi
壹、前言 1
1-1 IC封裝研究背景 1
1-2 無鉛錫球研究背景 3
1-3 研究目的 5
貳、文獻回顧 7
2-1 打線接合之材料及其性質 7
2-1-1 鋁 7
2-1-2 金 7
2-1-3 銅 7
2-2 界面反應 8
2-2-1 Sn/Ni之界面反應 9
2-2-2 Sn/Cu之界面反應 9
2-2-3 Sn-3.5wt%Ag/Ni 10
2-2-4 Sn-0.7wt%Cu/Ni 10
2-3介金屬成長動力學 11
2-4 Cu-Al間介金屬化合物的微觀組織 13
2-5 Au-Pd二元相圖 14
2-6金導線與銅導線比較 14
2-6-1 金導線 14
2-6-2 銅導線 14
3-1 高溫對導線接點的影響 19
3-1-1 實驗目的 19
3-1-2 試片分類及時效處理 19
3-1-3 試片製作 19
3-1-4 試片分析 19
3-2 高溫對BGA無鉛錫球接點影響 21
3-2-1 實驗目的 21
3-2-2 試片分類及時效處理 22
3-2-3 試片製作 22
3-2-4 試片分析 23
肆、實驗結果 23
4-1 高溫時效對金導線微接點的影響 23
4-2 高溫時效對銅導線接點的影響 23
4-3 錫球內與接合部位之IMC成長行為 26
4-4 成分擴散行為 28
伍、討論 29
5-1鍍上Pd層對1st與2nd微接點的影響 29
5-2 3rd Cu wire與Al pad接合後的時效機制 29
5-3 3rd銅鋁微接點的優點 30
5-4 SAC105與SAC305無鉛錫球 31
陸、結論 34
柒、參考文獻 36











表目錄
表 3-1各組試片之概況 19
表 5-1 Atomic properties of gold, copper, and aluminum elements 31
表 5-2 Heat of formation for gold and copper aluminides 31





















圖目錄
圖 1-1 球矩陣排列封裝(Ball Grid Array, BGA) 4
圖 2-1 Cu-Al 二元相圖 16
圖 2-2 Au-Pd 二元相圖 17
圖 3-1 電子微探儀(EPMA) 20
圖 3-2 錫球與Pad示意圖 22
圖 4-1 1st金導線接點於175℃時效熱處理之cross section
(a) 3 days；(b) 7 days；(c) 28 days；(d) 42 days 41
圖 4-1 1st金導線接點於175℃時效熱處理之cross section
(e) 56 days；(f) 84 days 42
圖 4-2金導線於175℃時效56天之定量分析圖 42
圖 4-3金導線於175℃時效3天之mapping分析圖 43
圖 4-4金導線於175℃時效7天之mapping分析圖 43
圖 4-5金導線於175℃時效28天之mapping分析圖 44
圖 4-6金導線於175℃時效42天之mapping分析圖 44
圖 4-7金導線於175℃時效56天之mapping分析圖 45
圖 4-8金導線於175℃時效84天之mapping分析圖 45
圖 4-9 2nd銅導線接點於205℃時效熱處理之cross section
(a) 7 days；(b) 21 days；(c) 28 days；(d) 35 days 46
圖 4-9 2nd銅導線接點於205℃時效熱處理之cross section
(e) 49 days；(f) 56 days；(g) 63 days；(h) 70 days 47
圖 4-10 2nd銅導線於205℃時效7天之mapping分析圖 48
圖 4-11 2nd銅導線於205℃時效21天之mapping分析圖 48
圖 4-12 2nd銅導線於205℃時效28天之mapping分析圖 49
圖 4-13 2nd銅導線於205℃時效35天之mapping分析圖 49
圖 4-14 2nd銅導線於205℃時效49天之mapping分析圖 50
圖 4-15 2nd銅導線於205℃時效56天之mapping分析圖 50
圖 4-16 2nd銅導線於205℃時效63天之mapping分析圖 51
圖 4-17 2nd銅導線於205℃時效70天之mapping分析圖 51
圖 4-18 3rd-1銅導線接點於205℃時效熱處理之cross section
(a) 21 days；(b) 42 days；(c) 84 days；(d)105 days 52
圖 4-19 3rd-1銅導線接點於205℃時效熱處理之cross section
(e) 126 days 53
圖 4-20 3rd-1銅導線接點於205℃時效21天之定量分析圖 54
圖 4-21 3rd-1銅導線接點於205℃時效42天之定量分析圖 55
圖 4-22 3rd-1銅導線接點於205℃時效84天之定量分析圖 56
圖 4-23 3rd-1銅導線接點於205℃時效126天之定量分析圖 57
圖 4-24 3rd-1銅導線於205℃時效21天之mapping分析圖 58
圖 4-25 3rd-1銅導線於205℃時效42天之mapping分析圖 58
圖 4-26 3rd-1銅導線於205℃時效84天之mapping分析圖 59
圖 4-27 3rd-1銅導線於205℃時效105天之mapping分析圖 59
圖 4-28 3rd-1銅導線於205℃時效126天之mapping分析圖 60
圖 4-29 3rd-2銅導線接點於205℃時效熱處理之cross section
(a) 21 days；(b) 42 days；(c) 84 days；(d)105 days 61
圖 4-30 3rd-2銅導線接點於205℃時效熱處理之cross section
(e) 126 days 62
圖 4-31 3rd-2銅導線接點於205℃時效42天之定量分析圖 63
圖 4-32 3rd-2銅導線接點於205℃時效84天之定量分析圖 64
圖 4-33 3rd-2銅導線接點於205℃時效105天之定量分析圖 65
圖 4-34 3rd-2銅導線於205℃時效21天之mapping分析圖 66
圖 4-35 3rd-2銅導線於205℃時效42天之mapping分析圖 66
圖 4-36 3rd-2銅導線於205℃時效84天之mapping分析圖 67
圖 4-37 3rd-2銅導線於205℃時效105天之mapping分析圖 67
圖 4-38 3rd-2銅導線於205℃時效126天之mapping分析圖 68
圖 4-39 SAC 105無鉛錫球接點於155℃時效熱處理之cross section
(a) 5 days；(b) 10 days；(c) 20 days；(d) 30 days；(e) 40days；(f) 75 days 69
圖 4-40 SAC 105無鉛錫球接點於155℃時效熱處理之cross section
(g) 120 days 70
圖 4-41 SAC 105錫球接點於155℃時效5天之IMC成分分析 71
圖 4-42 SAC 105錫球接點於155℃時效20天之IMC成分分析 72
圖 4-43 SAC 105錫球接點於155℃時效40天之IMC成分分析 73
圖 4-44 SAC 105錫球接點於155℃時效75天之IMC成分分析 74
圖 4-45 SAC 105錫球接點於155℃時效120天之IMC成分分析 75
圖 4-46 SAC 305無鉛錫球接點於155℃時效熱處理之cross section
(a) 5 days；(b) 10 days；(c) 20 days；(d) 30 days；(e) 40days；(f) 45 days 76
圖 4-47 SAC 305錫球接點於155℃時效5天之IMC成分分析 77
圖 4-48 SAC 305錫球接點於155℃時效20天之IMC成分分析 78
圖 4-49 SAC 305錫球接點於155℃時效30天之IMC成分分析 79
圖 4-50 SAC 305錫球接點於155℃時效40天之IMC成分分析 80
圖 4-51 SAC105於155℃時效5天之mapping分析圖 81
圖 4-52 SAC105於155℃時效10天之mapping分析圖 81
圖 4-53 SAC105於155℃時效20天之mapping分析圖 82
圖 4-54 SAC105於155℃時效30天之mapping分析圖 82
圖 4-55 SAC105於155℃時效40天之mapping分析圖 83
圖 4-56 SAC105於155℃時效75天之mapping分析圖 83
圖 4-57 SAC105於155℃時效120天之mapping分析圖 84
圖 4-58 SAC305於155℃時效5天之mapping分析圖 85
圖 4-59 SAC305於155℃時效10天之mapping分析圖 85
圖 4-60 SAC305於155℃時效20天之mapping分析圖 86
圖 4-61 SAC305於155℃時效30天之mapping分析圖 86
圖 4-62 SAC305於155℃時效40天之mapping分析圖 87
圖 4-63 SAC305於155℃時效45天之mapping分析圖 87
圖 5-1銅鋁微接點與金鋁微接點於205℃時效熱處理之對照圖 88
圖 5-2 SAC105與SAC305之IMC (Cu,Ni,Au)6Sn5厚度與時間關係圖 89
圖 5-3 SAC 105之IMC(Cu,Ni,Au)6Sn5厚度與時間平方根關係圖 90
圖 5-4 SAC 305之IMC(Cu,Ni,Au)6Sn5厚度與時間平方根關係圖 91
圖 5-5 SAC105之IMC成長與分布示意圖 92
圖 5-6 SAC305之IMC成長與分布示意圖 93

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