TWI464031B - 抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法 - Google Patents
抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI464031B TWI464031B TW100146221A TW100146221A TWI464031B TW I464031 B TWI464031 B TW I464031B TW 100146221 A TW100146221 A TW 100146221A TW 100146221 A TW100146221 A TW 100146221A TW I464031 B TWI464031 B TW I464031B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- solder
- copper
- copper pad
- pad
- layer
- Prior art date
Links
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 title claims description 111
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 98
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 68
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 66
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 41
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 9
- 239000002335 surface treatment layer Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- PQIJHIWFHSVPMH-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Ag].[Sn] Chemical compound [Cu].[Ag].[Sn] PQIJHIWFHSVPMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000969 tin-silver-copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910017482 Cu 6 Sn 5 Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 11
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 9
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001152 Bi alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QCEUXSAXTBNJGO-UHFFFAOYSA-N [Ag].[Sn] Chemical compound [Ag].[Sn] QCEUXSAXTBNJGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N bismuth tin Chemical compound [Sn].[Bi] JWVAUCBYEDDGAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 3
- 229910000597 tin-copper alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001174 tin-lead alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- 229910017755 Cu-Sn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017927 Cu—Sn Inorganic materials 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001096 P alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001245 Sb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000756 V alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QKAJPFXKNNXMIZ-UHFFFAOYSA-N [Bi].[Ag].[Sn] Chemical compound [Bi].[Ag].[Sn] QKAJPFXKNNXMIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002140 antimony alloy Substances 0.000 description 1
- GVFOJDIFWSDNOY-UHFFFAOYSA-N antimony tin Chemical compound [Sn].[Sb] GVFOJDIFWSDNOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- HBVFXTAPOLSOPB-UHFFFAOYSA-N nickel vanadium Chemical compound [V].[Ni] HBVFXTAPOLSOPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N phosphanylidynenickel Chemical compound [P].[Ni] OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- GZCWPZJOEIAXRU-UHFFFAOYSA-N tin zinc Chemical compound [Zn].[Sn] GZCWPZJOEIAXRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
- B23K1/203—Fluxing, i.e. applying flux onto surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
- B23K1/0016—Brazing of electronic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/302—Cu as the principal constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/34—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material comprising compounds which yield metals when heated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/36—Electric or electronic devices
- B23K2101/42—Printed circuits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
本發明是有關於一種提升銲點(solder joints)結構之機械可靠度的方法，且特別是一種有關於抑制柯肯達爾孔洞(Kirkendall voids)形成於銲料與銅銲墊之間的方法。
銲接(soldering)係利用銲料(solder)將兩相對配置的金屬進行金屬化(metallization)銜接的一種加工。一般用於電子工業之銲料是以錫(Sn)為主體，再加上其它金屬元素，以組成二元或多元合金，例如錫鉛合金、錫鋅合金、錫鉍合金、錫銦合金、錫銻合金、錫銅合金、錫銀合金、錫銀銅合金、錫銀鉍合金等。常見的接合金屬主要為銅(Cu)。
在銲接的過程中，銲料與銅銲墊(pad)經由液固反應(或一般稱之為銲接反應)以形成銲點。一般來說，當銅銲墊與銲料進行液固反應時，銅銲墊與銲料之間會產生Cu3
Sn與Cu6
Sn5
兩種Cu-Sn介金屬化合物(intermetallic compounds，IMCs)。經研究發現，當銲點在日常使用中或加速老化之固態熱處理時，銅銲墊中的銅原子(或銅離子)是生長Cu3
Sn介金屬相的主要擴散元素。Cu3
Sn的過度生長容易造成銅銲墊與Cu3
Sn層之間產生大量的柯肯達爾孔洞。這些柯肯達爾孔洞會大幅降低銅銲墊與Cu3
Sn層界面之接合強度及銲點的導電性，因而嚴重影響銲點的機械及電氣可靠度。因此，有關如何抑制柯肯達爾孔洞的形成早已成為微電子製造中重要的課題。
本發明提供一種抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，其用以提升銲點結構的機械可靠度。
本發明提出一種抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，其藉由將鈀先行添加至銲料中，並使含鈀的銲料與銅銲墊接合形成銲點結構，以抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間。銲點結構依序由銅銲墊、Cu3
Sn層、(Cu,Pd)6
Sn5
層與銲料所構成，且柯肯達爾孔洞主要形成於銅銲墊與Cu3
Sn層之間。
依照本發明實施例所述之抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，以銲料的總量計，上述之鈀的添加量例如介於0.1 wt.%至0.7 wt.%之間。
依照本發明實施例所述之抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，上述之銲料的材料例如為錫、錫鉍合金、錫鉛合金、錫銅合金、錫銀合金、錫銀銅合金或上述材料之混合。
依照本發明實施例所述之抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，上述之銅銲墊的材料例如為銅或銅鎳合金。
依照本發明實施例所述之抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，上述之銅銲墊包括銅基材與表面處理(surface finish)層，且此表面處理層位於銅基材的表面上。
依照本發明實施例所述之抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，上述之表面處理層包含有機保銲(organic solderability preservative，OSP)膜或其它可於銲接過程中被移除之金屬薄膜，例如鍍銀層、鍍錫層、鍍金層、鍍鈀層、鍍鎳層(薄鎳型)、鍍鉑層或上述膜層之混合。
基於上述，在本發明中，先將微量的鈀添加至銲料中，再將銲料與銅銲墊接合，可因此減少銲點結構中銅銲墊與Cu3
Sn層之間的柯肯達爾孔洞生長數量，進而提升銲點結構的機械可靠度。
為了讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明。
在目前的技術中，用來抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方式主要有兩種方式：一種方式是直接在銅銲墊上鍍上擴散阻絕層(diffusion barrier)，而另一種方式則是在銲料中添加不同的金屬元素。
在第一種方式中，擴散阻絕層用以阻擋銅銲墊與銲料的直接接觸，因此可避免銲料與銅銲墊之間產生反應，故可避免銅銲墊與Cu3
Sn層之間產生大量的柯肯達爾孔洞。擴散阻絕層的材料通常為鎳基金屬，例如鎳、鎳銅合金、鎳釩合金或鎳磷合金。然而，由於鎳基金屬可能會有氧化或銲錫性不佳等問題，因此往往必須在擴散阻絕層的表面再額外鍍上金、金/鈀或金/鈀(磷)等表面處理層，因而導致生產成本的提高。此外，在銅銲墊上鍍上鎳基金屬的缺點還包括：不適於細線路(例如線寬小於20 μm)的製作；由於鎳屬於磁性材料，因此容易產生磁干擾；鎳的阻抗較銅高；以鎳為材料的擴散阻絕層容易有殘餘應力；當鎳消耗完之後，可能會另外產生孔洞。
在第二種方式中，直接在銲料中添加不同的金屬元素可改變Cu6
Sn5
與Cu3
Sn的生長動力學，以間接減低柯肯達爾孔洞的產生數量。所添加的金屬元素例如為鐵、鈷、鎳、鋅、銅等。然而，鐵、鈷、鎳的添加會引發較厚的Cu6
Sn5
層。由於介金屬通常具有易脆的特性，因此過厚的Cu6
Sn5
層恐將不利於銲點結構的機械特性。另一方面，由於鋅極易氧化，因此銲料內若含鋅則會有銲點結構腐蝕的疑慮。再者，高濃度的銅雖可抑制Cu3
Sn的生長，然而也可能導致銲料之液化溫度上升，造成銲接的困擾。此外，更可能造成大量的Cu6
Sn5
介金屬於固態銲料內出現。由於Cu6
Sn5
具有易脆之特性，因此過量之Cu6
Sn5
於銲點結構中出現將不利於銲點結構之機械特性。故提高銲料中的銅含量雖可達到減緩Cu3
Sn生長之功效，但卻也因此種下不利於銲點結構的機械性質的副作用。
本發明提出一種抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，此方法是在進行銲接前先將鈀添加至銲料中。銲料的材料例如為錫、錫鉍合金、錫鉛合金、錫銅合金、錫銀合金、錫銀銅合金或上述材料之混合。此外，以銲料的總量計，鈀的添加量例如介於0.1 wt.%至0.7 wt.%之間。之後，進行銲接，使上述含鈀的銲料與銅銲墊接合而形成銲點結構。銅銲墊的材料例如為銅或銅鎳合金，但本發明並不限於此。在其它實施例中，銅銲墊也可以包括銅基材以及位於其表面上的表面處理層。銅銲墊上常見的表面處理層包含有機保銲膜或其它可於銲接過程中被移除之金屬薄膜(例如鍍銀層、鍍錫層、鍍金層、鍍鈀層、鍍鎳層(薄鎳型)、鍍鉑層或上述膜層之混合)。上述的表面處理層主要用來防止銅銲墊在進行銲接前產生氧化，從而增進銲接或打線(wire-bonding)的可靠度。利用上述方式所形成的銲點結構為銅銲墊/Cu3
Sn/(Cu,Pd)6
Sn5
/銲料。在固態熱處理時，形成於銅銲墊與Cu3
Sn層之間的柯肯達爾孔洞數量將因此明顯減少。
在本發明中，藉由添加微量的鈀(0.1 wt.%至0.7 wt.%)至銲料中可減少銅銲墊與Cu3
Sn層之間的柯肯達爾孔洞數量，因此可以有效提高銲點結構的機械特性，進而提升銲點結構的可靠度。此外，本發明僅於銲料中添加微量的鈀(0.1 wt.%至0.7 wt.%)，並未大幅改變銲料原有的特性，因此毋需改變銲接製程條件，同時也不會大幅增加生產成本。
以下將以實驗例對本發明進行說明。在本實驗例中，銲料合金係以錫銀銅銲料為主體。錫銀銅銲料的組成為96.5 wt.% Sn-3 wt.% Ag-0.5 wt.% Cu，簡稱Sn3Ag0.5Cu。接著，在上述銲料中分別添加0 wt.%(即未添加鈀)、0.1 wt.%、0.2 wt.%、0.3 wt.%、0.5 wt.%與0.7 wt.%的鈀，並製成直徑為760 μm大小之銲錫球。接著將不同組成之銲錫球沾上助銲劑(flux)，並分別植上開孔450 μm之銅銲墊。經過一次標準的迴銲(reflow)程序後，形成銅銲墊/Cu3
Sn/(Cu,Pd)6
Sn5
/銲料之銲點結構。這些銲點結構接著於180℃下進行加速老化之固態熱處理(solid-state aging)，時間長達500小時。之後，將熱處理後的銲點結構進行橫截面切片以及拋光(polish)等金相處理程序(metallographic process)，再利用顯微鏡來觀察銲點結構。所觀察到的銲點結構如圖1所示。
請參照圖1，當銲料中未添加鈀時，在老化熱處理500小時後，有兩層介金屬生長於銲料與銅銲墊之間。經鑑定得知，較靠近銲料端的介金屬為Cu6
Sn5
，而在Cu6
Sn5
下方則為Cu3
Sn。在熱處理500小時後，Cu6
Sn5
層的平均厚度約為7 μm，而Cu3
Sn層的平均厚度約為5 μm。值得注意的是，在Cu3
Sn層與銅銲墊之間已產生一層非常緻密的柯肯達爾孔洞。此外，當銲料分別添加入0.1 wt.%、0.2 wt.%、0.3 wt.%、0.5 wt.%與0.7 wt.%時，Cu6
Sn5
層含有約2 at.%的鈀而形成(Cu,Pd)6
Sn5
。
由圖1可以清楚看出，於銲料中添加鈀會顯著地抑制銅銲墊與Cu3
Sn層之間的柯肯達爾孔洞的數量，且不會導致整體介金屬厚度的大幅增加。另外值得一提的是，上述的效果並不會隨著鈀的添加濃度改變而產生明顯差異。換句話說，只要於銲料中添加微量的鈀(0.1 wt.%)，即可達成大幅減少柯肯達爾孔洞的功效。
上述各銲點結構之機械強度測試結果呈現於圖2。機械測試係以高速推球測試(high speed ball shear test)方式進行，推速固定為每秒兩公尺(2 m/s)。高速推球測試係根據JESD22-B117(JEDEC Solid State Technology Association;Edition: October 2006)相關規範進行。由圖2可得知，相較於未添加鈀的銲料，當銲料中加入0.1 wt.%、0.2 wt.%、0.3 wt.%、0.5 wt.%與0.7 wt.%時，所形成的銲點結構具有較高的剪力強度(shear strength)。這是由於Cu3
Sn層與銅銲墊之間的柯肯達爾孔洞數量大幅銳減所致。上述推論可由圖3所示的破斷面結果來進一步得到印證。請參照圖3，當銲料中未添加鈀時，由於Cu3
Sn層與銅銲墊之間形成大量的柯肯達爾孔洞，因此在機械強度測試後，破斷面便易產生於銅銲墊與Cu3
Sn層之間。此外，當於銲料添加鈀時(在此以添加0.3 wt.%鈀作實例)，由於所形成的柯肯達爾孔洞數量已大幅減少，因此主要破斷面並未產生於銅銲墊與Cu3
Sn層之間，而是發生於Cu-Sn IMCs之間。由此可知，形成於銅銲墊與Cu3
Sn層間的柯肯達爾孔洞係導致銲點機械強度降低的主因。上述測試說明了銲料中添加微量的鈀確可有效減少銅銲墊與Cu3
Sn層之間的柯肯達爾孔洞數量，進而明顯提升銲點結構之機械可靠度。
綜上所述，本發明將微量的鈀添加至銲料中，再將銲料與銅銲墊接合，因此減少了銲點結構中銅銲墊與Cu3
Sn層之間的柯肯達爾孔洞數量，進而增強銲點結構的機械強度，提高了銲點結構的機械可靠度。此外，本發明僅添加微量的鈀(0.1 wt.%至0.7 wt.%)於銲料中，並未大幅改變銲料原有的特性，因此毋需改變銲接製程條件，同時也不會大幅增加生產成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
圖1為利用光學顯微鏡(optical microscope,OM)所拍攝的銲點結構的橫截面圖。
圖2為銲點結構中之鈀含量與剪力強度之關係圖。
圖3為利用掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)所拍攝之機械強度測試後的銲點結構破斷面俯視圖。
Claims (5)
- 一種抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，藉由將鈀添加至一銲料中並使含鈀的該銲料與一銅銲墊接合而形成一銲點結構，該銲料為錫銀銅銲料，以抑制一柯肯達爾孔洞形成於該銲料與該銅銲墊之間，該銲點結構依序由該銅銲墊、一Cu3 Sn層、一(Cu,Pd)6 Sn5 層與該銲料所構成，且在180℃下經至少500小時之固態熱處理後，該柯肯達爾孔洞主要形成於該銅銲墊與該Cu3 Sn層之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，其中以該銲料的總量計，鈀的添加量介於0.1wt.%至0.7wt.%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，其中該銅銲墊的材料包括銅或銅鎳合金。
- 如申請專利範圍第1項所述抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，其中該銅銲墊包括一銅基材與一表面處理層，且該表面處理層位於該銅基材的表面上。
- 如申請專利範圍第4項所述抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法，其中該表面處理層包括有機保銲膜。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100146221A TWI464031B (zh) | 2011-12-14 | 2011-12-14 | 抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法 |
| US13/442,865 US20130153646A1 (en) | 2011-12-14 | 2012-04-10 | Method for suppressing kirkendall voids formation at the interface between solder and copper pad |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100146221A TWI464031B (zh) | 2011-12-14 | 2011-12-14 | 抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201323131A TW201323131A (zh) | 2013-06-16 |
| TWI464031B true TWI464031B (zh) | 2014-12-11 |
Family
ID=48609120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW100146221A TWI464031B (zh) | 2011-12-14 | 2011-12-14 | 抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130153646A1 (zh) |
| TW (1) | TWI464031B (zh) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8482111B2 (en) | 2010-07-19 | 2013-07-09 | Tessera, Inc. | Stackable molded microelectronic packages |
| KR101128063B1 (ko) | 2011-05-03 | 2012-04-23 | 테세라, 인코포레이티드 | 캡슐화 층의 표면에 와이어 본드를 구비하는 패키지 적층형 어셈블리 |
| US8836136B2 (en) | 2011-10-17 | 2014-09-16 | Invensas Corporation | Package-on-package assembly with wire bond vias |
| US8946757B2 (en) | 2012-02-17 | 2015-02-03 | Invensas Corporation | Heat spreading substrate with embedded interconnects |
| WO2013153595A1 (ja) * | 2012-04-09 | 2013-10-17 | 千住金属工業株式会社 | はんだ合金 |
| US8835228B2 (en) | 2012-05-22 | 2014-09-16 | Invensas Corporation | Substrate-less stackable package with wire-bond interconnect |
| US9502390B2 (en) | 2012-08-03 | 2016-11-22 | Invensas Corporation | BVA interposer |
| US9167710B2 (en) | 2013-08-07 | 2015-10-20 | Invensas Corporation | Embedded packaging with preformed vias |
| US20150076714A1 (en) | 2013-09-16 | 2015-03-19 | Invensas Corporation | Microelectronic element with bond elements to encapsulation surface |
| US9583456B2 (en) | 2013-11-22 | 2017-02-28 | Invensas Corporation | Multiple bond via arrays of different wire heights on a same substrate |
| US9379074B2 (en) | 2013-11-22 | 2016-06-28 | Invensas Corporation | Die stacks with one or more bond via arrays of wire bond wires and with one or more arrays of bump interconnects |
| US9583411B2 (en) | 2014-01-17 | 2017-02-28 | Invensas Corporation | Fine pitch BVA using reconstituted wafer with area array accessible for testing |
| US10381326B2 (en) | 2014-05-28 | 2019-08-13 | Invensas Corporation | Structure and method for integrated circuits packaging with increased density |
| US9735084B2 (en) | 2014-12-11 | 2017-08-15 | Invensas Corporation | Bond via array for thermal conductivity |
| US9888579B2 (en) | 2015-03-05 | 2018-02-06 | Invensas Corporation | Pressing of wire bond wire tips to provide bent-over tips |
| US9502372B1 (en) | 2015-04-30 | 2016-11-22 | Invensas Corporation | Wafer-level packaging using wire bond wires in place of a redistribution layer |
| US9761554B2 (en) * | 2015-05-07 | 2017-09-12 | Invensas Corporation | Ball bonding metal wire bond wires to metal pads |
| US9490222B1 (en) | 2015-10-12 | 2016-11-08 | Invensas Corporation | Wire bond wires for interference shielding |
| US10490528B2 (en) | 2015-10-12 | 2019-11-26 | Invensas Corporation | Embedded wire bond wires |
| US10332854B2 (en) | 2015-10-23 | 2019-06-25 | Invensas Corporation | Anchoring structure of fine pitch bva |
| US10181457B2 (en) | 2015-10-26 | 2019-01-15 | Invensas Corporation | Microelectronic package for wafer-level chip scale packaging with fan-out |
| US9911718B2 (en) | 2015-11-17 | 2018-03-06 | Invensas Corporation | ‘RDL-First’ packaged microelectronic device for a package-on-package device |
| US9984992B2 (en) | 2015-12-30 | 2018-05-29 | Invensas Corporation | Embedded wire bond wires for vertical integration with separate surface mount and wire bond mounting surfaces |
| US9935075B2 (en) | 2016-07-29 | 2018-04-03 | Invensas Corporation | Wire bonding method and apparatus for electromagnetic interference shielding |
| US10299368B2 (en) | 2016-12-21 | 2019-05-21 | Invensas Corporation | Surface integrated waveguides and circuit structures therefor |
| JP6144440B1 (ja) * | 2017-01-27 | 2017-06-07 | 有限会社 ナプラ | 半導体封止用プリフォーム |
| JP6418349B1 (ja) * | 2018-03-08 | 2018-11-07 | 千住金属工業株式会社 | はんだ合金、はんだペースト、はんだボール、やに入りはんだおよびはんだ継手 |
| US10388627B1 (en) * | 2018-07-23 | 2019-08-20 | Mikro Mesa Technology Co., Ltd. | Micro-bonding structure and method of forming the same |
| US10347602B1 (en) * | 2018-07-23 | 2019-07-09 | Mikro Mesa Technology Co., Ltd. | Micro-bonding structure |
| CN114453694A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-10 | 深圳先进电子材料国际创新研究院 | 一种可实现焊点中金属间化合物内柯肯达尔孔洞自愈合的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200739771A (en) * | 2006-02-03 | 2007-10-16 | Texas Instruments Inc | Semiconductor device with improved solder joint |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6259155B1 (en) * | 1999-04-12 | 2001-07-10 | International Business Machines Corporation | Polymer enhanced column grid array |
| US6429388B1 (en) * | 2000-05-03 | 2002-08-06 | International Business Machines Corporation | High density column grid array connections and method thereof |
| US7253088B2 (en) * | 2004-09-29 | 2007-08-07 | Intel Corporation | Stress-relief layers and stress-compensation collars with low-temperature solders for board-level joints, and processes of making same |
| US20080242063A1 (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-02 | Mengzhi Pang | Solder composition doped with a barrier component and method of making same |
| JP2009231818A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Ibiden Co Ltd | 多層プリント配線板及びその製造方法 |
| TWI359714B (en) * | 2008-11-25 | 2012-03-11 | Univ Yuan Ze | Method for inhibiting the formation of palladium-n |
-
2011
- 2011-12-14 TW TW100146221A patent/TWI464031B/zh not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-04-10 US US13/442,865 patent/US20130153646A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200739771A (en) * | 2006-02-03 | 2007-10-16 | Texas Instruments Inc | Semiconductor device with improved solder joint |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130153646A1 (en) | 2013-06-20 |
| TW201323131A (zh) | 2013-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI464031B (zh) | 抑制柯肯達爾孔洞形成於銲料與銅銲墊之間的方法 | |
| US9607936B2 (en) | Copper bump joint structures with improved crack resistance | |
| JP5365749B2 (ja) | 鉛フリーはんだボール | |
| KR101285958B1 (ko) | 땜납 합금 및 반도체 장치 | |
| EP3062956B1 (en) | Lead-free, silver-free solder alloys | |
| TWI381901B (zh) | 抑制錫-鎳介金屬於銲點中生成的方法 | |
| TWI604062B (zh) | Lead-free solder alloy | |
| TWI554164B (zh) | 配線基板及配線基板之製造方法 | |
| JP2017501879A (ja) | 亜鉛系鉛フリーはんだ組成物 | |
| JP4554713B2 (ja) | 無鉛はんだ合金及び該はんだ合金を含む耐疲労性はんだ接合材並びに該接合材を使用した接合体 | |
| WO2014115858A1 (ja) | 配線基板およびその製造方法 | |
| US9079272B2 (en) | Solder joint with a multilayer intermetallic compound structure | |
| JP4959539B2 (ja) | 積層はんだ材およびそれを用いたはんだ付方法ならびにはんだ接合部 | |
| CN109848606A (zh) | 一种高界面结合强度的Sn-Ag-Cu无铅焊料及其制备方法 | |
| JP2007142271A (ja) | バンプ材料および接合構造 | |
| CN103476540B (zh) | 焊料合金 | |
| CN100534700C (zh) | 无铅软钎焊料合金 | |
| JP2011005542A (ja) | Ｉｎ含有鉛フリーはんだ合金及び当該はんだを用いたはんだ接合部 | |
| TWI272152B (en) | Doped alloys for electrical interconnects, methods of production and uses thereof | |
| JP2012204476A (ja) | 配線基板およびその製造方法 | |
| JP4745878B2 (ja) | はんだ皮膜及びそれを用いたはんだ付方法 | |
| JP5387388B2 (ja) | 電極構造 | |
| TW202510233A (zh) | 半導體封裝及其製造方法 | |
| TW202508746A (zh) | 連接柱用焊錫膏 | |
| TW202510257A (zh) | 連接柱 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |