- 學位論文
錫銀銅銲料中添加磷濃度對於界面反應以及高速剪力測試下機械性質的影響
Phosphorous concentration effect on Sn4Ag0.5Cu solder reactions and mechanical property under high strain rate
摘要
在電子封裝的產業中，基於環保意識抬頭，過去常用的共晶錫鉛銲料漸漸被無鉛銲料取代，而無鉛銲料中的錫銀銅銲料，更是具有原料足夠的供應、好的潤濕性等優點。錫銀銅銲料也因為其有高穩定性的微結構的優點而成為電子構裝中愛用的無鉛銲料。不過只要是以錫為基礎的銲點，都有因為銲點熔點較高，使得介面反應過度的問題。而在介面反應中產生較厚的介金屬化合物通常都比基材的金屬以及銲料更脆性，其會降低接點的可靠度。大部分錫銀銅銲料在衝擊測試或摔落測試中，其可靠度的表現都不如錫鉛銲料。對於銲點可靠度的量測有許多測試方法，高速推球剪力試驗是較為方便且成本較低的做法，並且其數據的趨勢可以用來預測摔落測試的趨勢，且高速推球剪力測試可以有效測量出接點的強度。雖然無電鍍鎳－磷基板與錫銀銅銲料的介面反應已被許多研究探討，但關於當磷參雜於無鉛銲料系統中會引發什麼效應則較少被探討。添加磷有防止銲料氧化的功能， 但是添加的磷可能會影響界面反應以及其接點的機械性質。本研究使用SAC-405之銲料添加不同濃度的磷（0,30,60,100 ppm），並且在250℃下迴銲1分鐘，迴銲兩次，使其與電鍍鎳金的基板接合，並使用SEM以及TEM對於界面反應做觀察以及分析，而高速推球剪力測試則使用Instron Microimpact system MS5345B-01 的儀器做測試。以探討磷添加濃度在SAC405銲料中對於其界面反應以及接點機械性質的影響。實驗結果指出磷濃度添加對於高速推球剪力測試並無關鍵性的影響，但是磷濃度添加會使銲點的介金屬中析出Ni3SnP相，顯示磷在迴銲後會回到介面上，而此Ni3SnP相為一種擴散阻礙層，這些現象會在論文中做詳細的討論。
並列摘要
Lead-free electronic package use the Sn–Ag–Cu (SAC) alloy as one of the environmental friendly solder. Phosphorous can inhibit oxidation of solder. However, the mechanical property and interfacial reaction may be influenced due to the P-addition. In this study, the interfacial reactions and high speed ball shear test of 30,60,100 ppm P-doped and undoped Sn4Ag0.5Cu solders with electrolytic Ni–Au were investigated. The morphology of the interface and the IMC composition were analyzed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy (TEM). The high speed shear properties of the interface were measured using an Instron Microimpact system MS5345B-01 instrument. The results showed that when 30,60,100ppm P-dopped in the solder, the Ni3SnP phase existed in (Cu,Ni)6Sn5 IMC layer. This Ni3SnP phase might suppressed the growth of the IMC layer effectively. For high speed ball shear test, P content has no critical effect on mechanical property in SAC405/Ni system. These phenomenon will be discussed in the thesis.