Ga摻雜對Sn-0 7Cu/Cu界面反應的影響及應用(Cu Ga)奈米粒子於Cu對Cu連結之研究

  • 郭 亦凱

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

隨著電子產品的發展趨勢─輕、薄、短小,電子構裝技術成為學界與業界研究的重要領域。目前電子構裝產業中的兩大研究主題,一為現今封裝基礎技術─軟焊;另一為下一世代的電子構裝技術─三維度積體電路構裝,本研究中將分成此兩大部分作探討。 在過去幾十年中電子構裝技術之發展,軟焊技術扮演著關鍵腳色,最常見的軟焊銲料為Sn-Pb合金,並廣泛用於之前封裝技術,然而在歐盟管制電子產品中有害物後,無鉛銲料開始被廣泛運用。在低溫無鉛銲料的使用,大多為富Sn合金,如Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Bi等。除此之外,因為Cu具有良好的接合特性,是常見金屬墊片材料。Sn基合金與Cu基板之界面反應常生成易碎並且產生孔洞之介金屬化合物,伴隨接點可靠度降低,使焊點壽命減少。為了避免此現象的發生,人們會微量添加金屬元素在Sn基銲料中,並在本實驗室先前的研究,Ga之添加將大幅影響Sn-Bi/Cu液固界面反應之生成相。在本研究中,為了模擬在裝置、元件的運作過程之焊點變化,將於固固界面反應之溫度進行退火處理。Sn-Ag-Cu銲料擁有良好的接合可靠度與發展性,並且Ag於界面反應中不參與反應,為了簡化實驗變數,本研究選用Sn-0 7Cu作為基礎銲料,並在其中添加不同比例的Ga,以此銲料與Cu基板在200 oC進行界面反應研究,同時以CALPHAD方式建構出Cu-Ga-Sn 200 oC三元外推等溫橫截面圖與進行Cu-Ga-Sn相平衡實驗,以探討界面反應中的相變化過程以及機制,並比較Ga添加於銲料中,影響界面生成相之情況。實驗結果發現,當Ga添加於Sn基銲料之比例在3 wt % 以上時,生成物為具極低Sn溶解度之γ-Cu9Ga4相,當γ-Cu9Ga4生成相均勻覆?於Cu基板上,Sn將難以穿過Cu-Ga介金屬化合物與基板進行反應,可成為穩定的界面結構。 除此之外,在三維度積體電路構裝,關鍵技術為直通矽穿孔與Cu對Cu連結。本研究中引用新穎接合方式之Cu對Cu連結製程,並利用銲料接合法,在Cu接點間引進聲化學法合成(Cu Ga)奈米粒子,取代先前本實驗室研究之液態Ga,利用奈米粒子接觸面積大、熔點降低的特性進行Cu對Cu接合反應,同時對合成之(Cu Ga)奈米粒子進行分析研究。以純Cu作為基板之反應偶中,無法產生穩定Cu對Cu之FCC-(Cu Ga)固溶體,而應用Ni之凸塊下金屬化處理於Cu基板上進行界面反應則能夠產生穩定之FCC-(Cu Ni)固溶體,此接點將可證實應用(Cu Ga)奈米粒子對於三維度積體電路構裝中Cu對Cu接合之可能性。
Date of Award2015 Jul 7
Original languageChinese
SupervisorShih-kang Lin (Supervisor)

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Ga摻雜對Sn-0 7Cu/Cu界面反應的影響及應用(Cu Ga)奈米粒子於Cu對Cu連結之研究
亦凱, 郭. (Author). 2015 Jul 7

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