在觀察IMCs 的部分，本實驗會先使用光學金相顯微鏡先觀察其表面形貌，
由於光學顯微鏡的景深不夠大，往往無法將接點內部的形貌詳細的展現出來。因 此，試片經由光學顯微鏡作初步觀察過後，會在觀察面上先濺鍍一層鉑，以改善 試 片 表 面 的 導 電 度 以 及 保 護 觀 察 面 不 受 氧 化 ， 再 使 用 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡
（Scanning Electron Microscope, SEM）觀察。本實驗所使用的電子顯微鏡為熱場 發式電子顯微鏡（Field Emission Scanning Electron Microscope, FESEM-6500），
廠牌日本電子光學株式會社（Japan Electron Optics Laboratory）。由於電子束打擊 試片表面所產生二次電子（Secondary Electron）的數量與試片表面的起伏有極大 的關係，因此，二次電子影像（Secondary Electron Image, SEI）被用來觀測試片 表面的形貌。
在觀察完試片表面的形貌後，本實驗亦利用 X 光能量散佈分析儀（Energy Dispersive Spectrometer, EDS）作特定區域的成分分析，鑑定 IMC 的成分與組成。
的結構與我們原先所預期的方形結構有些微的不同，少部分銲錫凸塊側面兩邊會 稍微的往內凹陷，而大部分則是呈現往外凸出的情形，其原因可能是上面矽晶片 的重量往下壓，導致銲錫凸塊在迴銲接合的過程中往外溢出。另外，在接點上下 兩端Cu/SnAg 的介面上，可觀察到一層薄薄的、扇貝狀（scallop）[20]的 IMCs，
藉由EDX 進行成分分析，其成分為 Cu6Sn5。利用Image J 工具量測圖 4-1-1、圖 4-1-2 中銲錫凸塊的高度， 兩者皆控制在 30 ~ 40 μm 的範圍內。
另外，在迴銲接合的過程中，相較於溫控型烘箱所形成的均溫環境，覆晶接 點放置在定溫加熱板上則會受到溫度梯度的影響，其原因在於接點一端與加熱板 接觸，溫度固定在260 ℃，而另一端暴露在空氣中，加上矽晶片的導熱係數高，
導致此端溫度低於260 ℃，形成溫度梯度橫跨上下兩端。因此，我們定義接點 與空氣接觸的一端為冷端，與加熱板接觸的一端為熱端，並標注在照片上。
（ii） Ni/SnAg/Ni
圖4-1-3 為試片放置在定溫加熱板上迴銲 3 分鐘接合後形成覆晶接點的橫截 面SEM 照片。從圖 4-1-3 中，也可觀察到銲錫凸塊兩端呈現往外凸出的情形，
其原因在於上面矽晶片的重量往下壓，導致銲錫凸塊在迴銲接合的過程中往外溢
IMCs。最後，利用 Image J 工具量測圖 4-1-3 中銲錫凸塊的高度，其高度控制在 40~50μm 的範圍內。
SEM圖（SEI 模模式）
因此使用Image J 工具圈選 Cu6Sn5 IMCs 的面積，再除以 Cu6Sn5 IMCs 的寬度，
可以得到其平均厚度，經由量測後，分別為2.91±0.13 μm 和 2.31±0.22 μm，與 圖4-1-2 中上下兩端所量測到的 2.31±0.21 μm 和 2.44±0.1 μm 有著明顯的差異。
隨著迴銲時間的增加，在定溫加熱板上進行迴銲測試的覆晶接點，其冷熱端 Cu6Sn5 IMCs 厚度的差異也越趨明顯，如圖 4-2-1 所示。當接點經過 8 分鐘的迴 銲測試後，其冷端Cu6Sn5 IMCs 的厚度經由量測為 4.87±0.3 μm，熱端為 3.02± 0.15 μm，此時兩端 Cu6Sn5 IMCs 厚度的差異在外觀上並不明顯。迴銲 13 分鐘後，
冷端Cu6Sn5 IMCs 的厚度變為 5.25±0.29 μm，熱端則為 3.51±0.28 μm。經過 23 分鐘之後，此時，冷熱端的Cu6Sn5 IMCs 厚度已經有明顯的差異，6.70±0.56 μm 和3.43±0.52 μm。隨著迴銲時間增加至 43 分鐘，如圖 4-2-1（d）中所看到的，
兩端Cu6Sn5 IMCs 厚度的差異更加明顯，在冷端為 12.3±1.57 μm，但是在熱端 只有3.55±0.4 μm。然而，將接點放置在溫控型烘箱所形成的均溫環境中進行迴 銲測試3、8、13、23、43 分鐘，如圖 4-2-2 所示。在圖 4-2-2（d）中我們所觀察 到的，即使經過長達 43 分鐘的迴銲測試，Cu6Sn5 IMCs 的厚度在兩端介面上仍 然沒有出現明顯的差異，6.18±0.3 μm 和 5.65±0.19 μm。若將圖 4-2-1 中冷熱兩 端介面上的Cu6Sn5 IMCs 厚度以及圖 4-2-2 中兩端 Cu6Sn5 IMCs 厚度的平均值分
夾在冷熱端之間。 影響的只有溫度梯度。根據早期的文獻，Meechan 和 Lehman 將圓盤狀的銅金屬 放置在一個溫度梯度超過1000 ℃的環境中，並觀察圓盤上的標記所移動的方向 以及距離，發現銅原子會由熱端往冷端移動[21]；Stracke E 和 Herzig C-H 則是在 純度為99.999 %的鉛塊中放入具有輻射性的銅原子的同位素進行實驗，卻觀察到 銅原子往熱端移動的現象[22]；而近期，Chen et al.對覆晶封裝銲錫接點施加電流 通過進行電遷移測試，接點結構為Cu/SnAg/Cu，同樣觀察到銅原子往冷端移動 的現象發生在鄰近未施加電流通過的接點中[17]。綜合以上的結果，我們得出一 個結論：在定溫加熱板上進行迴銲測試時，銅原子從熱端銅金屬墊層擴散進入液
圖4-2-5，所使用的參數如表一，初始條件我們設定接點與定溫加熱板接觸的介 面為定溫面，為260 ℃，而邊界條件為接點周圍除了與加熱板接觸的那一面之 外，其餘均與對流係數為15 W/m2K 的空氣接觸。藉由有限元素分析法，我們可 得到銲錫凸塊處於液態的狀況下，其內部上下兩端的溫差，如圖4-2-6 所示，為 0.15 ℃，經由換算後，其溫度梯度為 51 ℃/cm，與在固態的錫銀銲錫中所需的 溫度梯度，400 ℃/cm 相比較，小了很多，其原因可能是銅原子在液態錫銀銲錫 中的擴散係數較快。
（ii） 鎳原子的熱遷移現象
從圖4-1-3 來看，兩端 Ni/SnAg 介面上的 Ni3Sn4 IMC，似乎沒有因為溫度 梯度的存在而產生差異，經由Image J 工具量測，其冷熱端厚度為 1.47±0.03μm 及1.49±0.06μm。
接下來，將接點冷端塗上一層散熱係數為4.5 W/m-K 的散熱膏並放置上一片 矽晶片當作散熱片以製造較大的溫度梯度，隨著額外的迴銲時間增加5、10、20、
40、100 分鐘，接點兩端介面上的 Ni3Sn4 IMC 逐漸有明顯的差異，但仍沒有像 Cu/SnAg/Cu 那般明顯，如圖 4-2-7 所示。當接點經過額外 5 分鐘的迴銲測試後，
1.93±0.08 μm。最後，當額外的迴銲時間來到 100 分鐘後，如圖 4-2-7（e），接 點冷熱兩端的 Ni3Sn4 IMCs 厚度差距更加明顯了，為 2.12±0.06 μm 和 4.61±0.34 μm。然後，將圖 4-2-7 的冷熱端與迴銲時間作圖，可以得到圖 4-2-8。從圖 4-2-8 中，我們可以發現，Ni3Sn4 IMCs 在冷端的生成速率較快，為 0.03 μm/min，但與 Cu6Sn5 IMCs 在冷端的生成速率 0.22 μm/min 做比較，則慢了許多，而在熱端，
Ni3Sn4 IMCs 厚度的成長速率在迴銲 20 分鐘以前，與冷端差不多，但是當迴銲時 間超過20 分鐘後，Ni3Sn4 IMCs 則以緩慢的速率生長。而且在圖 4-2-7（e）中，
接點迴銲 100 分鐘後，我們可以發現熱端鎳墊層的厚度比冷端來得薄一些，為 2.77±0.05 μm 及 3.08±0.11 μm。根據以往的文獻，鎳原子跟銅原子一樣會有熱 端往冷端移動的現象[23]，因此回頭查看我們的實驗結果，可以判定鎳原子的熱 遷移現象在溫度梯度較大的迴銲過程中一樣會發生，只是所需的時間較長。
接下來，我們依然藉由有限元素分析法去得到在強化銲錫內部溫度梯度的條 件下，在加熱板進行迴銲測試的過程中，銲錫內部的溫度梯度，進行模擬的接點 結構示意圖如圖4-2-10，所使用的參數如表一，初始條件與邊界條件則與上一節 相同，得到銲錫凸塊處於液態的狀況下，其內部上下兩端的溫差，如圖4-2-12 所示，為1.13 ℃，經由計算後，其溫度梯度為 281.75 ℃/cm，與在固態錫銀銲 錫中的8050 ℃/cm 相比較，小很多。
分
分鐘的側視視SEM 圖（（SEI 模式））
4-2-4 Cu/SSnAg/Cu 冷冷熱端及在烘烘箱中進行行測試的接點點兩端，其其殘餘銅金屬屬墊
圖4
圖4-2-7 Ni/SnnAg/Ni 接點點上端塗上上散熱膏並放放置一片矽矽晶片在定溫溫加熱板上上迴
4-2-9 模擬 片矽晶片
Ni/SnAg/N 片進行，在定
Ni 接點上端 定溫加熱板
端塗上散熱係 板上進行迴銲
係數為4.5W 銲測試，所
W/mK 的散 所使用的結構
散熱膏並放置 構示意圖
置一
圖4 晶
4-2-10 Ni/Sn 晶片在定溫
nAg/Ni 接點 溫加熱板上進
點上端塗上 進行迴銲測
上散熱係數 測試的過程中
數為4.5W/mK 中，其銲錫
K 的散熱膏 錫凸塊內部的
膏並放置一片 的溫度分布
片矽 布