本章節將就銲錫試片結構、線路，以及實驗所需之儀器、步驟做 介紹，並說明利用凱文結構做四點量測之方法，以及配合銲錫接點內 部電流密度的模擬模組。
3-1 試片製備
實驗試片是由日月光半導體製造股份有限公司 (Advantage Semiconductor Engineering) 所提供，為無鉛銲錫的覆晶封裝 試片。試片結構如圖 3-1、3-2。
銲料為錫 0.7 銅，其熔點為 227℃，presolder 為錫銀銅，上 端的薄膜金屬墊層為鈦 (~0.3 μm) /鎳(釩) (~0.3 μm)銅 (~0.7 μm) ， 金 屬 墊 層 與 鋁 導 線 的 接 觸 面 積 直 徑 為 90μm(passivation)，下端為銅墊層(Cu pad)，厚度為 20μm，
銲錫凸塊高度為 105 μm，直徑為 120μm，鋁導線寬度為 65μm、
厚度為 1μm，銲錫接點之間的 pitch 為 270μm。
3-2 實驗方法
3-2-1 銲錫接點電阻量測
阻。圖中連接下方之線條為銅導線，接點上方之線條為鋁導線。
IR(Infrared Scope)，如圖 3-4 觀察鋁導線是否斷路，接下來使 用 SiC 砂紙研磨以及氧化鋁(Al2O3)粉末拋光至銲錫球正中央。觀 測銲錫凸塊截面的破壞情況，則使用掃描式電子顯微鏡 Scanning Electronic Microscope(SEM) 觀察銲錫凸塊截面微結構改變，
例如:孔洞生成或是介金屬化合的剝離甚至鋁導線、下方銅墊層
遠紅外線觀測儀 IR(Infrared Scope)如圖 3-4，其基板可加 熱至 100℃，將試片置於基板上，並且對試片通入電流，因為電 流導入的焦耳熱效應而使得溫度開始上升，此時利用遠紅外線觀 測儀可測得其紅外線發射率，可換算為溫度與基板溫度的差異值 (ΔT)，可知其溫度上升值與分布狀況。
本實驗所使用掃描式電子顯微鏡為 JEOL 6500scanning electron microscope(SEM)以及 energy dispersive
spectroscopy(EDS)，用於觀測微結構改變以及成分分析。通電 測試前的試片如圖 3-2，由圖可知，靠近矽晶片與基板上下兩端 接生成介金屬化合物，經 X 光能量分布圖譜分析其成分為
Cu6Sn5，如圖 3-5、3-6。
3-2-3 銲錫接點內部電流密度分佈三維模擬
使用Ansys Inc.所生產的程式＂Ansys＂做有限元素分析法 (finite element analysis)的三維模擬，用以得知銲錫接點內 部的電流密度分布，可與微結構改變的剖面圖做比較。ANSYS的 模擬分為三個步驟：前處理、求解、後處理。前處理為建立物體、
定義材料、網格化，求解為施加邊界條件、初始條件、求解，後 處理為顯示結果。模擬結構圖如圖3-7。
前處理為建立物體、定義材料、網格化。因為銲錫本身對稱，
所以我們利用二維剖面，之後對對稱軸旋轉物體得其立體結構，
並且輸入各種材料之性質。網格化(mesh)用以切割物體，建立節 點。求解的步驟之一，施加邊界條件，本研究中所施加的條件只 有電流與電壓，因為只需要觀察電流密度分布，施加電流皆為1.5 安培。後處理為觀察結果，可用列表或是繪圖方式觀察，在本研 究中出現的皆為繪圖方式。
圖 3-1 銲錫凸塊結構剖面示意圖。
圖 3-2 銲錫凸塊未通電之剖面 SEM 影像。
圖 3-3 利用凱文結構做四點量測示意圖。
圖 3-4 遠紅外線觀測儀。
圖 3-5 使用 EDS 做上端 IMC 成分分析。
圖 3-6 使用 EDS 做下端 IMC 成分分析。
圖 3-7 三維模擬模型結構示意圖。