本章節將針對助焊劑基本物理特性比較、以及應用於封裝產品 0.6 mm 的 SAC 305 大錫球和 0.3 mm 的 SAC 105 小錫球。並觀察和分析其實驗結果。
3-1 助焊劑基本物理特性比較 (1) 銅鏡測試
本實驗乃依照 IPC-TM-650 2.3.32 C-Flux Induced Corrosion 標準 規範方式進行評估[9]。
準備表面均勻且厚度大約為 50nm 的銅片，並在底部放置玻璃基板，
可使光線 10 ± 5% 穿透，光線波長λ=500nm。如圖 3-1 所示。將銅片先 行浸泡於 EDTA(Ethylene diamine tetra acetic acid)中，進行去除表 面氧化的動作，然後潤濕銅片表面並清潔使其保持乾燥。相關測試流程
(iii) H 型：助焊劑滴落在銅片上的部分有大於 50%的面積腐蝕 JIS-Z-3284 之附件六-4.1 篇規範，使用 Malcom 黏度計量測方式[11]。
將助焊劑先行置放於 25℃裡 2~3 小時，並將產品的蓋子打開且均勻攪拌 1~2 分鐘，之後放置於 Malcom 量測機的恒溫槽中;將量測機的迴轉速度 設定為 10 RPM，讀取 3 分鐘後的黏度數值。判斷標準則依據檢驗結果是 否符合各廠商生產的助焊劑黏度規格。
而動態的部分則是模擬植球過程中，將助焊劑均勻的塗抹於基板
象，如圖3-16所示為正常和異常的現象。測試結果顯示A/B/C/D/E 五支助 防焊綠漆表面(Solder Mask)，每滴直徑大約 0.6mm，再把試片進行迴焊爐 高溫烘烤以及水洗清潔流程，之後以光學顯微鏡檢測試片基板防焊綠漆表
所示。而各圖表中的組距(C)均假設以50為一區間單位進行繪製，且為避免
本實驗亦是使用Dage-4000 Series來進行拉球試驗，如示意圖3-22所 示。分別針對五支助焊劑所生產的封裝產品進行測試，由於錫球屬於0.6 mm-SAC 305，一般定義拉球值下限為1000g（單邊規格）。儀器方面的參數 設定如下：測試速度 5000 um/s、測試負載25克、夾刀對基板的負載 50 克、停留時間0.5秒、夾刀閉合時間0秒。
亦是依據原始數據資料和統計手法，推算出產品推球的最大值和最小
樣品，並無不良現象。然而經過老化處理的樣品中，C 和 D 兩支助焊劑即 產生不良現象，經過觀察後的分析，屬於界面金屬層-IMC(Inter-metallic Compounds)斷裂，不良現象如圖 3-28 所示。
3-3 應用於封裝產品 0.3mm 的 SAC 105 小錫球 (1) 剪力試驗比較
本實驗亦是使用推拉力機器Dage-4000 Series來判斷焊點強度(Joint Strength)，針對A/B/C/D/E 五支助焊劑所生產的封裝產品來進行剪力推球
下：測試速度為5 mm/s、推刀高度為15 um、推球距離5.0 mm。主要目的為 辨識不同助焊劑生產的產品經過區域性剪力推球試驗，缺點模式有何差異 性。一般來說缺點模式分為三類，如表3-10所示：
(i) 殘錫模式(Solder Mode)-推球後表面錫的殘留面積(Solder Residue) > 75%植球焊點面積(Ball Pad)，可判定良品。
(ii) 界金屬層模式(IMC Mode)-推球後IMC層暴露面積(IMC Expose Area) > 25%植球焊點面積，判定不良。
(iii) 銅層暴露和孔洞模式(Copper Expose and Void Mode)-推球 後如有銅層暴露或有孔洞現象，亦判定不良。
(4) 上板掉落測試比較
本實驗根據JEDEC標準JESD22-B111方式進行[19]，如圖3-36至3-37所 示。首先將五種不同助焊劑生產的測試樣品黏著組裝(SMT-Surface Mount Technique)於訂製的測試板上，測試板尺寸規格如圖3-38至3-39所示。一
(i) Test standard method: JESD22-B111 condition B (ii) Package direction: Facing downward
(iii) Drop frequency: Stop until 50% samples failed (iv) Peak acceleration: 1500 G (+/-20%)
(v) Pulse duration: 0.5 ms (+/-30%) (vi) Velocity change: 467cm/s (+/-10%)
首先經由示波器量測測試板上樣品的初始阻值，如表3-11所示。而不 良判定標準為：當測試板上15個樣品，示波器偵測到有阻值超過1000歐姆 (ohm)時，及判定失效;且有超過一半(50%)以上的樣品數失效(8個)，實驗 即停止，並登記各個失效樣品的總掉落次數。如表3-12所示。
(5) 不良模式分析
此處的不良模式乃是針對上述經過掉落衝擊的測試板，進行結構上不 良現象的分析，依據第二章實驗方法中(圖 2-25)破壞模式進行分類。並統 計各助焊劑生產的產品經過上板掉落衝擊試驗後，不良模式的數量。如表 3-13 至 3-17 所示。
表 3-1 黏度測試-靜態和動態結果
表 3-2 螢光殘留測試流程
表 3-3 0.6mm SAC 305 錫球剪力試驗數據
表 3-4 0.6mm SAC 305 錫球拉球試驗數據
表 3-5 CNS 2999 包裝掉落測試規範
表 3-6 Tray Drop-生產後 24 小時內測試資料
表 3-7 Tray Drop-經過 24 小時 125°C 烘烤後的測試資料
表 3-8 0.3mm SAC 105 錫球剪力試驗數據
表 3-9 0.3mm SAC 105 錫球拉球試驗數據
表 3-10 區域剪力試驗缺點模式分類
表 3-11 Board Level Drop Test-A/B/C/D/E 助焊劑測試樣品的初始阻值
註：第一格數據 19.5 表示 A 助焊劑第 1 片測試板，編號 1 的測試樣品初 始阻值;
第二格數據 21.0 表示 A 助焊劑第 1 片測試板，編號 2 的測試樣品初 始阻值。
表 3-12 Board Level Drop Test-A/B/C/D/E 助焊劑樣品失效的掉落次數
註：第一格數據 A1-#1:ok，表示 A 助焊劑第 1 片測試板，編號 1 的 測試樣品通過掉落測試，代表無失效。
第二格數據 A1-#2:81，表示 A 助焊劑第 1 片測試板，編號 2 的 測試樣品於第 81 次掉落中測得樣品阻值超過 1000 歐姆(ohm)，
代表失效時的掉落次數總計。
表 3-13 Board Level Drop Test-A 助焊劑不良模式數量
註：第一格數據 23/26，表示 A 助焊劑第 1 片測試板中，編號 2 的測試 樣品，總共有 26 顆錫球失效，其中屬於失效模式 A1 的有 23 顆錫球;
第二格數據 0/26，代表屬於失效模式 A2 的有 0 顆錫球;依此類推，
第三格 3/26，代表屬於 A3 的有 3 顆;B1 模式 0 顆;B3 模式 0 顆;C 模 式 0 顆。
表 3-14 Board Level Drop Test-B 助焊劑不良模式數量
註：第一格數據 5/8，表示 B 助焊劑第 1 片測試板中，編號 2 的測試樣 品，總共有 8 顆錫球失效，其中屬於失效模式 A1 的有 5 顆錫球;第 二格數據 0/8，代表屬於失效模式 A2 的有 0 顆錫球;依此類推，第 三格 3/8，代表屬於 A3 的有 3 顆;B1 模式 0 顆;B3 模式 0 顆;C 模式 0 顆。
表 3-15 Board Level Drop Test-C 助焊劑不良模式數量
註：第一格數據 8/9，表示 C 助焊劑第 1 片測試板中，編號 1 的測試樣 品，總共有 9 顆錫球失效，其中屬於失效模式 A1 的有 8 顆錫球;第 二格數據 0/9，代表屬於失效模式 A2 的有 0 顆錫球;依此類推，第 三格 1/9，代表屬於 A3 的有 1 顆;B1 模式 0 顆;B3 模式 0 顆;C 模式 0 顆。
表 3-16 Board Level Drop Test-D 助焊劑不良模式數量
註：第一格數據 12/15，表示 D 助焊劑第 1 片測試板中，編號 2 的測試 樣品，總共有 15 顆錫球失效，其中屬於失效模式 A1 的有 12 顆錫球;
第二格數據 0/15，代表屬於失效模式 A2 的有 0 顆錫球;依此類推，
第三格 0/15，代表屬於 A3 的有 0 顆;B1 模式 0 顆;B3 模式 0 顆;C 模 式 3 顆。
表 3-17 Board Level Drop Test-E 助焊劑不良模式數量
註：第一格數據 9/10，表示 E 助焊劑第 1 片測試板中，編號 1 的測試樣 品，總共有 10 顆錫球失效，其中屬於失效模式 A1 的有 9 顆錫球;
第二格數據 0/10，代表屬於失效模式 A2 的有 0 顆錫球;依此類推，
第三格 1/10，代表屬於 A3 的有 0 顆;B1 模式 0 顆;B3 模式 0 顆;C 模 式 0 顆。
圖 3-1 銅鏡測試試片示意圖
圖 3-2 銅鏡試驗流程
圖 3-3 銅鏡試驗操作程序
圖 3-4 試片的存放環境
圖 3-5 銅鏡試驗的判定標準(資料來源：IPC-TM-650 2.3.32 C)
圖 3-6 助焊劑 A-銅鏡試驗結果
圖 3-7 助焊劑 B-銅鏡試驗結果
圖 3-8 助焊劑 C-銅鏡試驗結果
圖 3-9 助焊劑 D-銅鏡試驗結果
圖 3-10 助焊劑 E-銅鏡試驗結果
圖 3-11 擴散率計算方式
圖 3-12 動態黏度量測方式-0/2/4 小時
圖 3-13 覆蓋率測試流程
圖 3-14 螢光殘留測試-螢光粉末和紫外燈光
圖3-15 螢光殘留測試流程
圖3-16 螢光殘留測試-正常和螢光粉殘留比對
助焊劑+螢光粉末
助焊劑+螢光粉末
Pad Substrate
圖 3-17 助焊劑殘留試驗流程
圖 3-18 助焊劑殘留試驗結果
圖 3-19 剪力強度試驗示意圖
圖 3-20 0.6mm 剪力強度試驗數據分佈比較-(A/B/C/D/E)
圖 3-21 0.6mm SAC305 剪力強度試驗數據結果比較
圖 3-22 拉球強度試驗示意圖
圖 3-23 0.6mm 拉球強度試驗數據分佈比較-(A/B/C/D/E)
圖 3-24 0.6mm SAC305 拉球強度試驗數據結果比較
圖 3-25 Tray Drop-測試樣品置放方式
圖 3-26 Tray Drop-掉落測試撞擊面示意圖
圖 3-27 Tray Drop-掉落測試撞擊面
圖 3-28 Tray Drop-不良現象-IMC 斷裂
圖 3-29 0.3mm SAC105 剪力強度試驗數據分佈比較-(A/B/C/D/E)
圖 3-30 0.3mm SAC105 剪力強度試驗數據結果比較
圖 3-31 0.3mm SAC105 拉球強度試驗數據分佈比較-(A/B/C/D/E)
圖 3-32 0.3mm SAC105 拉球試驗數據結果比較
圖 3-33 區域剪力試驗-不良模式數據分佈
圖 3-34 區域剪力試驗-Solder Mode
圖 3-35 區域剪力試驗-IMC and Copper Expose Mode
圖 3-36 Board Level Drop Test-JEDEC 標準
圖 3-37 Board Level Drop Test-JESD22-B111
圖 3-38 Board Level Drop Test-Test Board Layout
圖 3-39 Board Level Drop Test-Test Board Data