鎳鈀金及鎳金墊層電遷移誘發消耗研究

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吳詩涵(Shih-han Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學工程與材料工程學系

論文名稱

鎳鈀金及鎳金墊層電遷移誘發消耗研究

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摘要(中)

本實驗選用不同成份Cu添加的三種錫銅焊料，Sn0.2Cu、Sn0.7Cu及Sn1Cu，分別迴焊於化鎳鈀金(ENEPIG)以及化鎳金(ENIG)兩種基材上，通以電流密為10000A/cm2的電流。觀察電遷移效應對於不同墊層陰極消耗的現象，及界面介金屬化合物之影響，實驗溫度為150℃，實驗時間從0小時到220小時。經電遷移效應後，我們發現不論對哪一種墊層，與銅濃度的錫銅焊料（ex: Sn1Cu）焊接之墊層呈現較明顯抗電遷移現象，因為生成在介面的三元的（Cu,Ni）6Sn5界金屬化合物擁有較穩定的層狀結構；而且，在高銅濃度的錫銅焊料與ENEPIG墊層反應之下，因電遷移導致的陰極鎳層消耗，相對於ENIG墊層相比會比較緩和；反之，在低銅濃度的錫銅焊料的情況，兩種墊層在陰極墊層的消耗值卻與高銅焊料的結果相反，因此，推斷ENEPIG中的無電鍍鈀是主要的原因，特別是無電鍍鈀與不同錫銅焊料反應下會造成不同的介面金屬化合物的形態及結構，例如:介面處在反應後是否生成三元的（Pd,Ni）Sn4相，若是有生成此種相會造成Ni原子的消耗以達到此相的三元穩定態，但若在與高銅添加的焊料反應下，根據相圖便不會有此（Pd,Ni）Sn4相的生成，因此依據銅濃度的多寡有不同的介面相產生。

摘要(英)

In this study, we investigated the EM effect on the joint interfaces of the Pb-free Sn(Cu) solder/ENEPIG solder joints at different annealing temperatures. The applied current density is 104 A/cm2. The compositions of Sn(Cu) solders joined with ENEPIG pad are SnxCu (x=0.2,0.7,1). According to the preliminary results, a serious EM-induced Ni(P) consumption occurred. With increasing of the Cu content in the Sn(Cu) solders, the resistance to the EM-induced Ni(P) consumption wound be enhanced. In other words, the more Cu content in the Sn(Cu) solders, the less consumption of the ENEPIG pad. Also , we study the EM effect on the ENIG bond-pads joined with the same Sn(Cu) solder bumps at the same EM conditions. We found that, as compared to the previous Sn(Cu) ENEPIG results, the degree of the Ni(P) consumption is much serious and it also depends on the Cu content in the Sn(Cu) solder bumps.

關鍵字(中)

★ 鎳鈀金墊層
★ 錫銅焊料
★ 電遷移
★ 鎳金墊層

關鍵字(英)

★ ENEPIG
★ ENIG
★ electromigration

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iii
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 電子封裝 2
1.3 無鉛焊料的演進 7
第二章文獻回顧 8
2.1 電遷移效應 8
2.1-1 第一類失效模式-陰極端的孔洞 11
2.1.2第二類失效模式-陰極端金屬基材的溶解 12
2.2 表面處理法的演進 13
2.3 添加鈀層的功效 16
2.4 錫銅無鉛銲料與ENIG基材的界面反應 18
第三章研究動機 20
第四章實驗步驟與方法 21
4.1 試片製作 21
4.2 試片觀察 24
4.2-1 背向散射電子顯微鏡(BSE) 24
4.2-2 場發射電子微探儀(Electron Probe X-ray Micro-Analysis，EPMA) 25
第五章實驗結果與討論 26
5.1 陰極端的銅箔消耗 26
5.1.1 ENEPIG/Sn(Cu) 26
5.1-2 ENEPIG墊層的消耗機制 35
4.1-3 ENIG/Sn(Cu) 37
5.1-4 ENIG墊層的消耗機制 43
5.1-5 ENIG及ENEPIG的比較 45
5.2 鎳磷層消耗活化能計算 48
第六章結論 55
6.1 錫銅銲料在電遷移效應下的界面反應 55
6.2 電遷移效應對錫銅銲料的影響 55
6.3 鈀對抑制電遷移效應的影響 55
參考文獻 57

參考文獻

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指導教授

劉正毓(Cheng-yi Liu)

審核日期

2012-6-19

推文