Sn-8Zn-(0~4)Bi中鉍含量對其迴銲於化金基板上後機械性質及電化學遷移之影響

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：22

、訪客IP：3.144.96.108

姓名

簡宏文(Hung-Wen Chien) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

Sn-8Zn-(0~4)Bi中鉍含量對其迴銲於化金基板上後機械性質及電化學遷移之影響

相關論文

★ 銅導線上鍍鎳或錫對遷移性之影響及鍍金之鎳/銅銲墊與Sn-3.5Ag BGA銲料迴銲之金脆研究	★ 單軸步進運動陽極在瓦茲鍍浴中進行微電析鎳過程之監測與解析
★ 光電化學蝕刻n-型（100）單晶矽獲得矩陣排列之巨孔洞研究	★ 銅箔基板在H2O2/H2SO4溶液中之微蝕行為
★ 助銲劑對迴銲後Sn-3Ag-0.5Cu電化學遷移之影響	★ 塗佈奈米銀p型矽(100)在NH4F/H2O2 水溶液中之電化學蝕刻行為
★ 高效能Ni80Fe15Mo5電磁式微致動器之設計與製作	★ 銅導線上鍍金或鎳/金對遷移性之影響及鍍金層對Sn-0.7Cu與In-48Sn BGA銲料迴銲後之接點強度影響
★ 含氮、硫雜環有機物對鍋爐鹼洗之腐蝕抑制行為研究	★ 銦、錫金屬、合金與其氧化物的陽極拋光行為探討
★ n-型(100)矽單晶巨孔洞之電化學研究	★ 鋁在酸性溶液中孔蝕行為研究
★ 微陽極引導電鍍與監測	★ 鍍金層對Bi-43Sn與Sn-9Zn BGA銲料迴銲後之接點強度影響及二元銲錫在不同溶液之電解質遷移行為
★ 人體血清白蛋白構形改變之電化學及表面電漿共振分析研究	★ 光電化學蝕刻製作n-型(100)矽質微米巨孔陣列及連續壁結構

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

至系統瀏覽論文 ( 永不開放)

摘要(中)

本研究在比較添加0~4wt%Bi於Sn-8wt%Zn銲料，當其迴銲於化金基板後，機械性質的變化及其在水中電化學行為之差異。機械性質藉由微硬度及推球實驗得知：Sn-8Zn-(0~4)Bi無鉛銲料在迴銲前後機械性質質量變化不大，但微硬度(Hv)隨鉍含量增加而稍有增強，從15.96±0.57增強至29.96±0.16(Hv)；推球強度從6.54±0.31增加至8.31±0.1(N)。電化學研究結果顯示：當外加偏壓在3~5V下，Sn-8Zn-(0~4)Bi銲料在水中會有電化學遷移現象。電化學遷移程度可藉由量測短路電流所耗用之時間進行評估。在3V下銲料中鉍濃度由0增至4wt%時，其短路時間由202秒縮短到120秒。Sn-8Zn-4Bi銲料在偏壓由3增大至5V，短路時間也由120秒縮短至98秒。觀察分析兩極間遷移之產物得知：遷移反應以鋅之溶解、析出為主。Sn-8Zn-(0~4)Bi之微結構解析顯示；鋅的溶解與析出隨著銲料中鉍含量增加而更容易發生，因而導致加速其電化學遷移。EPMA之分析及陽極動態極化曲線之探討可以解釋此一電化學行為之根據。
Sn-8Zn-(0~4)Bi銲料於化金基板上250℃迴銲1分鐘後，再經150℃加熱0、600、1200秒後，顯示出其在水中電化學遷移短路時間之差異：未經熱處理之試片，短路時間為120秒，600秒熱處理後之試片其短路時間稍有延長為137秒。若延長熱處理時間至1200秒，則反而縮短短路時間至98秒。由EPMA解析熱處理前後銲料之微結構及其組成變化，以及陽極極化曲線之探討可以解釋其電化學遷移之機制。

摘要(英)

The phenomenon of mechanical nature and electrochemical migration of Sn-8Zn-(0~4)Bi solders, reflowed on Au/Ni/Cu pads were studied in this paper. The results show that electrochemical migration happened when DC voltage(3~5V) was applied to the solders in water. It is assessed that Electrochemical migration behaviors can be measured in electric current service time. When the bismuth of the solder increased from 0wt% to 4wt% the short circuit time of 3V bias decreased from 202s to 120s. The short out time shrotenned with the voltage increased from 3 to 5V. Analysis of EPMA and XPS on the dendrite precipitate formed between two electrodes displays that the main component of the precipitate is Zn.
The phenomenon of mechanical nature and electrochemical migration of Sn-8Zn-(0~4)Bi solders, having been reflowed on Au/Ni/Cu pads with 150℃ heat treatment for 0, 600, 1200s were discussed in this paper. It is assessed that Electrochemical migration behaviors shorted out at 1200s can be measured in electric current service time. Result of study：The short out time became 137s and 98s when the time of heat treatment were 600 and 1200s. When the heat treatment time is longer than 1200s, heat treatment will accelerate electrochemical migration. Analysis of EPMA and XPS on the dendrite precipitate formed between two electrodes displays that the main component of the precipitate is Zn.

關鍵字(中)

★ 微硬度試驗
★ 熱處理
★ 陽極動態極化分析
★ 無鉛銲料
★ 錫鋅鉍銲料
★ 電化學遷移
★ 推球試驗

關鍵字(英)

★ Sn-Zn-Bi solder
★ electrochemical migration
★ heat treatment
★ anodic potentiodynamic polarization

論文目次

摘要 I
Abstract III
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 IX
圖目錄 X
第一章緒論 1
1.1 銲料與銲接技術 1
1.2 銲料之無鉛化趨勢 1
1.3 無鉛銲料之發展簡述 2
1.4 BGA（Ball Grid Array）銲接構裝所用之基板 7
1.4.1 BGA構裝技術 7
1.4.2 基板之選擇 8
1.5 研究背景 10
1.6 研究目的與目標 11
第二章文獻回顧與理論基礎 14
2.1 Sn-Zn系統之機械性質理論研究 14
2.2 無鉛銲料之電化學遷移理論研究 16
2.3 Sn、Zn、Bi在水中之電位-pH行為 18
2-3-1 錫在水中的電化學遷移 18
2-3-2 鋅在水中的電化學遷移 19
第三章實驗方法與步驟 21
3.1 研究流程規劃 21
3.2 試片準備 21
3.2.1 (Au/Ni/Cu)化金基板製作 21
3.2.2 無鉛銲料製作 23
3.2.3 銲料與化金基板迴銲程序 23
3.3 銲球之機械性質量測 24
3.3.1 微硬度試驗 24
3.3.2 推球試驗 24
3.4 電化學實驗裝置及其量測方法 25
3.4.1 電化學遷移 25
3.4.2 陽極動態極化 25
3.4.3 偏壓對SCE電位之評估 26
3.4.4 電化學槽裝置 26
3.5 試片分析 27
3.5.1 電子顯微鏡（SEM-Scanning Electron Microscopy） 27
3.5.2 高解析度場發射電子微探儀（EPMA-Electron Probe Micro Analyzer） 28
3.5.3 電子能譜儀（XPS-X-ray Photoelectron Spectra） 28
3.5.4 X光繞射儀（XRD-X-ray Diffractometer） 28
第四章結果 29
4.1 Sn-8Zn-(0~4)Bi之機械性質 29
4.1.1 微硬度試驗 29
4.1.2 推球試驗 29
4.1.3 熱處理後之機械性質 30
4.2 Sn-8Zn-(0~4)Bi在水中之電化學遷移 31
4.2.1 電化學遷移之短路電流量測 31
4.2.2 電化學遷移後兩極間析出物觀察 33
4.2.3 熱處理後電化學性質 35
4.3 微結構及化學組成分析 38
4.3.1 鉍含量導致之變化 38
4.3.2 熱處理後之微結構變化 39
第五章討論 41
5.1 微結構與機械性質相關性之探討 41
5.1.1 鉍含量之影響 41
5.1.2 熱處理程度之影響 42
5.2 Sn-8Zn(0~4)Bi在水中之陽極極化曲線探討 43
5.2.1 鉍含量對陽極極化曲線之影響 43
5.2.2 熱處理程度對陽極極化曲線之影響 44
5.2.3 電化學遷移在陽極偏壓下之絕對電位評估 44
5.3 電化學行為解析 45
5.3.1 純金屬元素（Sn、Zn、Bi）之電化學行為 45
5.3.2 Sn-8Zn-(0~4)Bi電化學遷移反應機制 45
第六章結論與未來可能之研究 50
6.1 結論 50
6.2 未來之研究方向 51
參考文獻 53

參考文獻

[Abtew] M. Abtew and G. Selvaduray, Materials Science and Engineering, Vol. 27, p.95-141, (2000).
[Bái] 白蓉生，”電路板解困手冊”，電路板資訊雜誌社，p.175-180, (2000).
[Bard] A. J. Bard, “Electrochemical Methods：Fundmentals and Applications”, John Wiley & Sons. Inc., U. S. A., p.119, (1980).
[Chang] 張世璋，”BGA（Sn-Zn）、（Sn-Zn-Al）和（Sn-Zn-Bi）無鉛錫球與Au/Ni墊層界面反應之研究”，國立中山大學，碩士論文，(2004)。
[Chen] 陳建忠，”三元物系無鉛銲錫之研究”，國立清華大學，碩士論文，(1999)。
[Chiu] M. Y. Chiu, S. S. Wang, and T. H. Chuang, “?Intermetallic Compounds Formed during Interfacial Reactions between Liquid Sn-8Zn-3Bi Solders and Ni Substrates”, Journal of Electronic Materials, Vol. 31, No. 5, p.494-499, (2002).
[Dean] J. A. Dean, “Lange’s Handbook of Chemistry”, (1974).
[Glarzer] J. Glarzer, J. Electron. Mater. 23, 693, (1994).
[Glazer] J. Glazer, “Metallurgy of Low Temperature Pb-free Solders for Electronic Assembly”, International Materials Reviews, Vol 40, No 2, p.65-93, (1995).
[Harada] Masahide Harada and Ryoohei Satoh, “Mechnical Characteristics of 96.5Sn/3.5Ag Solder in Microbonding”, IEEE Transactions on Components., Hybrids, and Manufacturing Technology, Vol.13, No.4, Dec, p.736-742, (1990).
[Harris] Paul Harris, “Interfacial reactions of tin-zinc-bismuth alloys”, Soldering & Surface Mount Technology, p.46-52, (1999).
[Harsanyi] Gabor Harsanyi, “Copper May Destroy Chip-Level Reliability:Handle with Car-Mechanism and Conditions for Copper Migrated Resistive Short Formation”, IEEE Electron Device Letters, (1999).
[Hirata] M. Hirata, H. Noguchi and H. Yoshida, Matsushita Technical Journal, 45(3), June, p.82-87, (1999).
[Hirano] T. Hirano, K. Fukuda, K Ito, T. Kiga and Y. Taniguchi, “Reliability of Lead Free Solder Joint by Using Chip Size Package”, Proceedings of the 2001 IEEE International Symposium on Electronics and Environment, p.285-289, (2001).
[Hú] 胡源昌，專利紛爭譯文，巨剛實業有限公司，技術文章發表。
[Islam] R.A. Islama, B.Y. Wua, M.O. Alama, Y.C. Chana, W. Jillekb, ”Investigations on microhardness of Sn–Zn based lead-free solder alloys as replacement of Sn–Pb solder”, Journal of Alloys and Compounds, Vol392, p.149-158, (2005).
[Jhou] 周可夫、王重建，”BGA無鉛錫球~材質和製程上的一些考慮因素”，電子月刊，第八卷第十一期，p.124-132.
[Jhuang1] 莊鴻壽、鄒茉蓮、張啟運，“電子組裝業無鉛填料的進展”，銲接與切割，第七卷第1期，p.10~17，(1997)。
[Jhuang2] 莊萬發，”無電解鍍金-化學鍍金技術”，復漢出版社， p.74-77，（1996）。
[Karakaya] I. Karakaya and W. T. Thompson, “Binary Alloy Phase Diagrams”, p.96, (1987).
[Kang] S.S. Kang and A.K. Sarkhel, J. Electron. Mater. 23, 635, (1994).
[Kin] Y. S. Kin, K. S. Kim, C. W. Hwang and K. Suganuma, “Effect of Composition and Cooling Rate on Microstructure and Tensile Properties of Sn-Zn-Bi Alloys”, J. Alloys and compounds, 352, pp.237-245, (2003).
[Krumbein] S. J. Krumbein, IEEE Trans. Comp., Hyybrids. Manuf. Technol. CHMT-11(1), 5(1988)
[Lài] 賴耿陽，”實用電鍍技術全集”，復漢出版社，(1998)。
[Lide] D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics 76th Edition, (1995~1996).
[Lee] N. C. Lee, “Getting Ready for Lead-Free Solders”, Soldering & Surface Mount Technology, No. 26, July, p.65-69, (1997).
[Lin1] 林育堯，”無鉛銲錫相關議題漫談”，電子檢測與品管，秋季No.56，p.44-53，(2003)。
[Lin2] 林光隆，”無鉛銲球之技術”，工安環保， June No.26，p.25-26，(2005)。
[Lín3] 林威宏，”錫鋅鉍無鉛銲錫與銅基板之界面反應研究”，國立台灣大學材料科學與工程學研究所，碩士論文，(2001)。
[Lióu] 劉漢誠，”球腳格狀陣列（BGA）封裝技術簡介”，鴻海精密工業股份有限公司，英杰企業有限公司，(1997)。
[Luó] 羅煥然，”鍍金層在焊接上之應用”，表面黏著技術27期，32-38。
[Massalski] T. B. Massalski, “Binary Alloys Phase Diagram(2nd ed)”, by Materials Park, OH : ASM Intl., (1991).
[Mc] M. McCormack and S. Jin, “Improver Mechanical Properties in New, Pb-Free Solder Alloys”, Journal of Electronic Materials, Vol. 23, No. 8, p.715-720, (1994).
[POU2] M. Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria in A1ueous Solutions, Pergamon Press, Oxford, p.406-413, (1966).
[POU3] M. Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria in A1ueous Solutions, Pergamon Press, Oxford, p.475-484, (1966).
[Pucic] S. P. Pucic, ”Diffusion of Copper into Gold Plating ”, National Institute of Standards and Technology, p.114-117, (1993).
[Riemer] D. E. Riemer, Trans. Comp. Hybrids, Manuf. Technol, IEEE, p.220-228, (1982).
[Seruga] M. Seruga, M. Metikos-Hukovic, T. Valla, M. Milun, H.
Hoffschultz, and K. Wandelt, Journal of Electroanalytical
Chemistry, Vol. 407, p.83-89, (1996).
[Shohji] I. Shohji, T. Nakamura, F. Mori and S. Fujiuchi, “Interface Reaction and Mechanical Properties of Lead-Free Sn-Zn Alloy/Cu Joints”, Mater. Trans., Vol. 43, p.1797-1801, (2002).
[Siè] 謝瑩霖，”無鉛製程導入建議流程”，綠色設計電子報，No.9，2004。
[Song] J. M. Song, G. F. Lan, T. S. Lui and L. H. Chen, “Microstructure and Tensile Properties of Sn-9Zn-xAg Lead-Free Solder Alloys”, Scripta Materialia, Vol. 48, p1047-1051, (2003).
[Trumble] B. Trumble, “Get the LEAD out”, IEEE Spectrum, May, p55-60, (1998).
[Tummala] R. R. Tummala, Eugene J. Rymaszewski and Alan G. Klopfenstein, “Microelectronics Packaging Handbook”, partIII, by Chapman, (1997).
[Vianco1] P. T. Vianco and D. R. Frear, “Issues in the Replacement of Lead-Bearing Solders”, JOM, July, p14-19, (1993).
[Vianco2] P. T.Vianco, “Solder Alloys: A Look at the Past, Present and Future”, Welding Journal, March, p45-49, (1997).
[Villars] V. P.、Prince Alan and Okamoto H., Handbook of ternay alloy phase diagrams, ASM International Society, 1994.
[Wood] E. P. Wood and K. L. Nimmo, “In Search of New Lead-Free Electronic Solders” Journal of Electronic Materials, Vol. 23, No. 8, p709-713, (1994).
[Yang] W. Yang and R. W. Messler, JR., “Microstructure Evolution of Eutectic Sn-Ag Solder Joints”, Journal of Electronic Materials, Vol.23, No.8, pp.765-772, 1994.
[Yáng] 楊松堅，”鍍金技術處理”，五洲出版社，p.19-28，(1980)。
[Zarrow] P. Zarrow, ASM International, Electronic Materials Handbook , Vol. 1, Packaging, Materials Park, OH, p.55, (1989).
[Zhou] J. Zhou, Yangshan Sun, Feng Xue, “Properties of low melting point Sn–Zn–Bi solders”, Journal of Alloys and Compounds, p.149-158, (2005).

指導教授

林景崎(Jing-Chie Lin)

審核日期

2006-7-19

推文