高速推球強度及破斷分析

銲點接合強度中我們最關心的另外尚有其接合介面的強度表現，尤 其是在高溫儲存( HTS )後的接點強度；由於高溫趨使下，易加快基材 銲墊金屬與 BGA 錫球間因原子擴散形成的介金屬化合物成長，當介金

數值[45]，並使銲點破斷於其接合界面，以利於觀察接合介面的品質。

圖 4.8 與圖 4.9 分別為 SAC105 及 SAC305 銲點破斷於介金屬化合 物界面的 SEM 照片，圖 4.8(a)為迴銲之後的高速推球破斷面，由圖中 可見到白色的殘錫與黑色的銲墊，隨 HTS 時間的增加，可見到破斷面 上殘錫的散佈由大面積的塊狀，如圖 4.8(a)所示，轉為零星的小點，如 圖 4.8(d)所示。SAC305 銲點的破斷面型態亦與 SAC105 銲點的破斷面 型態相似。

圖 4.10 為 SAC105 與 SAC305 銲點破斷於介金屬化合物界面的比例，

由圖中看來，兩合金的樣品皆隨 HTS 時間的拉長而提高了其銲墊裸露 的比例，但 SAC105 之銲點相較於 SAC305 銲點有較高的殘錫量存在 於破斷面之上，在兩樣品 HTS 500 小時之後，其破斷比例皆有穩定下 來的趨勢，比對 HTS 500 小時之後，兩合金之高速推球剪切強度值與 慢速推球強度同樣出現強度值衰退鈍化的現象，推測此應與銲錫內部 的組織變化趨緩有關。

由兩合金的彈性模數( Young’s modulus )之差異推測，此為兩合金的 破斷比例出現差距的原因，由於 SAC105 與 SAC305 銲錫皆以β-Sn 的

因此相較於 SAC105 的銲接介面處，SAC305 的銲點中之介金屬化合物 層需要承受較大的力量，故破斷於介金屬層的面積會高於 SAC105 合 金的銲點，在 Iyer[4]的研究中亦提出相似的結果，其使用了 ANSYS 模擬 SAC105/ENIG 與 SAC305/ENIG 兩材料的銲點在 Drop test 的過程 中須承受的衝擊應力，因而計算出 SAC305 的銲點在銲接介面處須較 壞所需的時間卻較 SAC305 的銲點長，因此，SAC105 銲點破壞前所吸 收的能量會略高於 SAC305 的銲點，如圖 4.12 所示，且在長時間的 HTS 實驗後，更能看出兩者的差異。在材料中，其破斷的反應時間較久，

代表其抵抗破壞的能力較佳，將圖 4.12 兩合金銲點的破斷能量值與圖 4.10 兩合金破斷於 IMC 介面的比例做對照討論，可總結一結果：

SAC105 銲點因含銀量較低，因而在承受應力時，可由銲點吸收較多的

能量，減低銲接介面 IMC 處須承受的應力，避免承受衝擊負載時瞬間 破斷於 IMC 處，因而具有較 SAC305 合金優秀之破壞抵抗能力。

圖 4.5 慢速推球強度

表 4.17 推球強度衰退率

SAC105

HTS Time ( hrs ) Fracture Force ( g ) decay ratio ( % )

0 262.84 —

100 250.92 4.54%

500 238.36 9.31%

1000 236.54 10.00%

SAC305

HTS Time ( hrs ) Fracture Force ( g ) decay ratio ( % )

0 287.13 —

100 255.17 11.13%

500 247.82 13.69%

1000 246.74 14.07%

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h)

圖 4.7 高速推球強度

圖 4.8 SAC105 銲點高速推球後破斷於 IMC 界面的 SEM 照片(a) as reflow；(b) HTS 100hr；(c)HTS 500hr；(d)HTS 1000hr

450

SAC105 SAC305

(a)

圖 4.9 SAC305 銲點高速推球後破斷於 IMC 界面的 SEM 照片(a) as reflow；(b) HTS 100hr；(c)HTS 500hr；(d)HTS 1000hr

(a) (b)

(c) (d)

Solder Solder

Solder Solder

圖 4.10 SAC105& SAC305銲點高速推球後破斷於 IMC 界面面積>50%

的比例

圖 4.11 SAC105& SAC305 高速推球過程之剪力與破斷反應時間示意圖

0%

Fraction of joints failure in the interface

HTS Time ( hrs )

SAC105 SAC305

圖 4.12 SAC105& SAC305 高速推球破斷能量

Fracture Energy ( mJ )

HTS Time ( hrs )

SAC105 SAC305