隨著電子構裝技術的發展以往的構裝技術已無法符合新時代產品的進步、未 來電子產品發產趨勢已漸漸走向輕量化、薄形化、微小化而且消費大眾對於產品 的功能性與流行性更是要求甚高。也因此晶片的發展亦邁向高 I/O 數與細線距
（Fine Pitch）的趨勢，這對傳統的週邊陣列（Peripheral Array）型態封裝技 術已不敷使用，而平面陣列（Area Array）的封裝型態則接續發展，由之前的 QFP（Quad-Flat Package）逐漸往 BGA（Ball Grid Array）、CSP（Chip-Scale Package）發展，以致於新型態的晶片封裝技術覆晶晶粒接合技術（Flip Chip） 鉻（Cr（VI））、多溴聯苯類（PBB）、多溴二本醚類（PBDE）等六項有毒物質〔2〕，
此一法案已成為世界環保潮流。
1-2 金屬凸塊（Bumping）製程簡介
金屬凸塊製程乃覆晶晶粒封裝製程的前段製程〔3〕，其主要製程是在晶片的 I/O 腳墊（Pad）上利用各種不同的方式生成金屬凸塊，而金屬凸塊主要功用在
程的晶片利用覆晶晶粒封裝技術將晶片翻轉，對準基板上的接點利用迴銲 行迴銲，使其錫膏與銲墊上的金屬層（Under Bump Metallury,UBM）產 生共晶便可得到球狀之金屬凸塊，其印刷方法如圖 1-5 所示，製作流程
銲錫材料中的有銀（Ag）、銅（Cu）、鉍（Bi）、鎘（Cd）、銦（In）等元素，如表 1-1 所示。因此近幾年常被提出的錫球成分有 Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-In、Sn-Zn、
Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Bi 與 Sn-In-Ag 等，而各添加元素的優缺點如表 1-2 所示，雖 然產業界或是學術界都已投入大量的人力與物力開發無鉛銲材，但目前尚無任何 一種無鉛銲材在整體上可以完全取代傳統錫鉛的地位。
在無鉛銲錫製程中除無鉛添加元素的開發極為重要外，另一重要元件為錫球 與金屬層間的所生成的介金屬化合物(Intermetallic Compound,IMC)。由於 IMC 本身的硬脆特性，所以適當的介金屬層厚度，可提供良好的接合強度且有助於延 長元件本身的壽命，反之過厚的介金屬層易使接點容易產生脆化且抗熱應力性質 變差，對接點反而有負面影響〔6〕。所以無鉛銲錫合金的發展與製程技術的發展 是一體兩面密切相關的。
本論文利用目前最廣為使用的錫銀銅無鉛銲錫材料為基材，利用調配方式製 作成為 Sn/1.0Ag/0.5Cu（SAC105）與 Sn/4.0Ag/0.5Cu（SAC405）兩種不同不同 合金成分的錫膏，利用網版印刷製程製作成金屬凸塊，如圖 1-8 所示，分別針對 不同錫球大小進行結合強度測試以及兩種不同合金成分錫膏所生成的介金屬化 合物 (Intermetallic Compound,IMC)的反應行為，最後將試片經由可靠度測試 後測試其錫球與 UBM 的結合強度。用以分析兩種不同合金成分錫球的關係。
1-4 文獻回顧
目前國內外已針對無鉛銲錫材料與 UBM 結構的研究結果如 Kripesh et al.
〔7〕探討四種無鉛錫球 Sn/Ag、Sn/Ag/Cu、CASTIN 無鉛錫膏及 Sn/Bi，與傳統 Sn/Pb 錫球間的結構與機械性質差異。Zhang et al.〔8〕探討四種錫球：
Sn/Cu0.7、Sn/Ag3.8/Cu0.7、Sn/Ag3.5 及 Sn/Pb37，再搭配兩種 UBM：Electroless
化。Erich 及 Coyle 等人〔10〕探討對錫球作推力實驗並記錄其剪切過程的力量 與位移，並取得其機械能。Huang 等人〔11〕再經由實驗後也建議，推力桿移動 速度低於 200µm/sec 及推球高度應低於錫球高度的 25﹪。Lai 等人〔12〕使用錫 銀銅無鉛錫球依不同合金成分比率進行掉落測試（Drop Test），並提出錫銀銅無 鉛錫球降低銀含量，其掉落測試實驗會有較佳的可靠度表現。Xiao et al.〔13〕
將 Sn/Ag3.5、Sn/Ag3.4/Bi4.8、Sn/Cu0.7、Sn/Ag4.0/Cu0.5、Sn/Pb37 作成狗骨 頭形狀進行拉伸實驗，發現無鉛錫球的拉伸強度大於含鉛錫球，並且發現拉伸速 度越快降伏強度越大。Li et al.〔14〕也是利用剪力試驗探討 Sn/Ag3.5、
Sn/Ag3.8/Cu0.7、Sn/Cu0.7 與 Sn/Pb37，在室溫下放置時間和迴銲次數及高溫儲 藏時間下剪力強度的變化，結果發現含 Pb 的剪力強度下降要比無鉛錫球快，且 Sn/Ag3.5、Sn/Ag3.8/Cu0.7 的剪力強度不會隨迴銲次數變化而改變，但是會因 為高溫儲存時間增加而減弱。隨著 Cu 含量的增加，初晶 Sn 之樹枝狀晶逐漸變細，
且在拉伸性質方面會隨 Cu 含量的增加而增加，所以抗拉強度（Tensile Strength）
及降服強度（Yield Strength）都會隨著 Cu 的增加而有明顯的增加〔15〕。在陳 建銘的碩士論文〔16〕中將 Sn/Cu0.7、Sn/Ag2.6/Cu0.5、Sn/Ag3.0/Cu0.5 三種 不同合金成分的錫球進行掉落測試，發現 Ag 含量越少的無鉛錫球抵抗衝擊的能 力會越強。在 UBM 結構方面，Liu et al.〔17、18〕經實驗證明 Cu/Ni（V）/Al 三層金屬層之 UBM 在錫鉛共晶的封裝製程中具有相當的可靠性，其中 Ni 金屬已
1-5 論文架構
本文主要共分為四個章節，第一章為序論，包含前言、金屬凸塊製程簡介、
研究動機與目的、文獻回顧及論文架構部分。第二章為實工作，包含實驗構想、
實驗儀器設備簡介、實驗試片製作、測試項目。第三章為實驗結果與討論，包含 無鉛錫球之結合強度測試、多次高溫迴銲測試、可靠度測試、討論。第四章為結 論與未來展望。
表 1-1 無鉛錫球常添加的合金元素〔6〕
元 素 添加量 (wt%) 固相限範圍(℃) 液相限範圍(℃) 毒性 價格 適用性
Bi 0-100 138 138-270 無 可接受 適中
Cd 0-100 188 177-320 強 可接受 適中
In 0-100 117-150 117-232 無 中等 低
Zn 0-90 198 198-400 無 低 好
Au 0-82 218-310 218-400 無 很高 低
Ti 0-100 165 165-300 無 可接受 低
Ga 0-100 18 18-232 強 高 低
Hg 0-100 140 -40-232 強 高 低
Ag 10 221 221-300 無 高 適中
Cu 3 227 227-320 無 低 好
Sb 5 232-236 236-240 無 中等 可接受
表 1-2 無鉛銲材添加元素特徵表〔6〕
圖 1-1 電子封裝趨勢示意圖〔22〕
圖 1-2 覆晶晶粒封裝技術示意圖〔2〕
圖 1-3 覆晶晶粒封裝技術示意圖
圖 1-4 真空蒸鍍錫球示意圖〔3〕
圖 1-5 網版印刷示意圖〔3〕
圖 1-6 網版印刷金屬凸塊製程示意圖
圖 1-7 電鍍製作金屬凸塊接點示意圖
圖 1-8 金屬凸塊成品示意圖
第二章 實驗工作
此本實驗將選用 Sn-Ag-Cu 系合金，依其不同合金比例，藉由錫膏印刷（Solder Printing）與重流（Re-flow）製程，使 Sn-Ag-Cu 系合金與銅金屬層產生接合行 為，藉以探討其不同合金比例與銅金屬層所產生之界面反應與測試其剪力強度， 經印刷填入 UBM（Under Bump Metallization）上。2. SIKAMA Falcon8500（Conduction Re-flow Oven ）傳導式迴銲爐：如圖 2-2 所示，用以對試片加熱使錫膏與 UBM 產生結合和進行多次迴銲測試。
3. Dage 4000W 剪力試驗機：如圖 2-3 所示，用以對裸試片進行錫球剪力測試。
4. Nikon Optiphot-200 光學顯微鏡：如圖 2-4 所示，用以進行初步的破裂模式 觀察，並已數位照相機作影像擷取輸出。
5. 研磨拋光機：用以對埋模之試片進行研磨拋光，以使試片之表平整而得以進 行細微結構觀察。