以Cu和Ni為電極的Sn3.5Ag無鉛銲錫線之電遷移的研究

Abstract

近年來由於在覆晶封裝方面，工業界所使用的UBM(金屬層)都是使用二端各為Cu和Ni的UBM結構，故本實驗利用UV-groove試片結構摸擬出此種UBM而且利用表面分析工具可直接容易地從銲鍚表面觀察電遷移的現象。 本實驗專注在Sn3.5Ag銲錫的電遷移現象，故利用UV-groove的結構來觀察焊料在通高電流密度下，銲錫受到電遷移所產生的IMC變化。利用Cu/Sn3.5/Ni結構，經過250OC且迴焊1分鐘後，發現於Ni和Cu 端就己形成(Cu,Ni)6Sn5的IMC。在通電的過程中， Ni(陰極)和銲錫界面形狀所造成的局部電流集中會導致Ni和銲錫界面的(Cu,Ni)6Sn5轉變成(Ni,Cu)3Sn4 IMC，並且於銲錫表面的IMC也會明顯地受到電子流的影響而產生消失和移動的現象。其他通電的條件下，於通電前後，陰極IMC的厚度和成份並沒有變化並且銲錫表面只有發現新形成的(Cu,Ni)6Sn5 IMC，此IMC隨著通電時間先變多然後逐漸變大。不論任何通電條件下，在通電前後，其陽極IMC都會變厚。若在相同溫度且不同的電流密度下，陽極為Cu的IMC會隨電流密度的增加而明顯變厚，陽極為Ni的IMC隨電流密度的增加而沒有明顯變厚；若在相同電流密度且不同的溫度下，不論陽極為Cu或Ni的IMC都會隨溫度的增加而明顯變厚。最後，研究Cu/Sn3.5Ag/Cu結構中，Sn.3.5Ag的門檻電流密度和活化能，在100℃、125℃及150℃下施予不同的電流密度，得到的門檻電流密度分別為4.41*104 A/cm2、3.22*104 A/cm2及5.46*103 A/cm2，並求得活化能Ea為0.55eV。