Abstract
軟銲是工業界常用的連結技術之一，其在電子產品的生產上更是扮演重要的一環。近年來因為無鉛銲料的政策、各種封裝的技術如覆晶、Through Silicon Via (TSV)等技術的發展，軟銲的重要性更是有增無減。除了普遍使用的無鉛銲料 Sn-Ag-Cu、Sn-Ag之外，添加微量Co的Sn-Co-Cu銲料合金近期也開始受到重視。軟銲技術被大量應用在電子產品的製造中，其形成的銲點(Solder joint)，使電能及訊號在電子元件間互相傳遞，因此電子產品在使用過程中，銲點同時受到熱能及電遷移效應的影響，而銲點品質的良劣直接影響到電子產品的可靠度。其中銲點之界面反應被認為是影響銲點可靠度的重要因素之一，在常見的UBM製程上常使用Ni元素來做為擴散阻障層材料，因此了解Sn-Co-(Cu)/Ni的界面反應及電遷移效應對其界面的影響便成為發展Sn-Co-Cu銲料合金重要的知識。 本研究以實驗的方法來了解Sn-Co-(Cu)/Ni的固態界面反應及在通電情況下界面反應的情形，在Sn-Co系統當Co含量為0.05wt.%及0.5wt.%時，界面在180oC及210oC下，皆生成連續相Ni3Sn4及不連續相(Ni,Co)Sn4，隨著反應時間的增長，Ni3Sn4相隨之增厚，而不連續相(Ni,Co)Sn4¬則維持不變。而在Sn-Co-Cu系統對Ni的固態界面反應中，在180oC及210oC反應溫度下，含有0.05wt.%Co與含0.5wt.%Co之銲料合金對Ni之固-固界面反應，在反應前期，界面生成單層之Cu6Sn5相，隨後界面為Cu6Sn5相和Ni3Sn4相兩層生成相結構。反應中後期，界面生成相為Cu6Sn5相和Ni3Sn4相，且隨反應時間的增加Cu6Sn5和Ni3Sn4皆隨之增厚。 在通電的反應中，當施加500A/cm2電流密度下，電子流入的陰極端會有(Ni,Co)Sn4及層狀Ni3Sn4生成，而在電子由基材端流入銲料端之陽極界面，在長時間反應下界面僅存在Ni3Sn4相且其受到電遷移效應之影響會溶入銲料Sn中脫離界面，造成部分界面Ni基材產生大量消耗的情形產生，在Sn-Co-Cu對Ni的通電反應中，初期兩端界面皆生成Cu6Sn5相和Ni3Sn4相兩層，經過長時間反應，電子由銲料Sn端流入基材Ni端之陰極界面生成厚度較厚之Cu6Sn5與較薄之Ni3Sn4，而電子由基材Ni端流入銲料Sn端的陽極界面之Ni3Sn4則明顯較陰極界面來的厚，Cu6Sn5則隨時間界面厚度越來越小，長時間反應後也觀察到陽極界面有相似Sn-Co/Ni反應中部分界面Ni基材有消耗較多的情形產生，經過在210oC反應400小時候，電子由基材端流入銲料端之陽極界面幾乎僅存在單層之Ni3Sn4。本研究也實驗了Sn-Co/Ni在較高電流密度(1x 104A/cm2)下之界面反應情形，其反應情形類似低電流密度(500A/cm2)實驗，在陰極界面會有連續層狀Ni3Sn4不連續相(Ni,Co)Sn4生成，而在陽極界面由於Ni受到電遷移效應明顯使得Ni3Sn4中之Ni溶入Sn中，造成在界面生成大量之Ni3Sn4和Ni3Sn4溶入Sn中導致Ni基材的大量消耗。