無鉛低溫銲料添加木質纖維素之性質與應用性探討計畫

電子元件通常利用迴焊方式將銲料與工作晶片進行接合，溫度區間約落於200至260°C。然而，隨著功率元件上電晶體密度劇烈提升，所需之輸入/輸出埠(Input/Output port)也隨之激增，因此其細小接點對於構裝製程中之溫度變化極其敏感。溫度生成之熱預算(Thermal Budget)導致晶片與接點間因熱膨脹係數不匹配產生翹曲(Warpage)現象，進而導致銲點斷裂與短路之可靠度問題。為此，降低製程溫度是最重要且最有效之方法。低溫焊接製程(Low Temperature Soldering, LTS)可直接降低熱預算，溫度約在140至160°C之間。為此需挑選出適合之低溫銲料，目前常見的有錫鉍(Sn-Bi)、錫銦(Sn-In)與錫銦鉍(Sn-In-Bi)等。其中，Sn-Bi銲料具有良好機械強度與基板潤濕性，其熔點僅139°C，被視為3D構裝中最具潛力之材料。然而，Sn-Bi銲料本身於熱時效處理中，由於長時間老化，皆可觀察到基板處之Cu6Sn5上方因鉍(Bi)粗化而形成連續富鉍層，並於Cu3Sn與Cu基板交界處產生孔洞。由於鉍元素本身物性脆且硬，富鉍層與孔洞生成皆導致Sn-Bi銲料之機械性質下降，衍生出可靠度問題。為此，需將Sn-Bi銲料進一步改質。對於無鉛銲料來說，最常見之改質方法即是添加第三相材料於系統中。藉由反應性物質生成新相，或是非反應性物質形成散播硬化，皆能減緩銲料內之差排滑移現象，以此大幅提升銲料機械性質與可靠度。本計畫已先行使用本公司之奈米纖維素添加至SAC銲料中並達成極佳研究成果，後續希望將其纖維素添加至Sn-Bi低溫銲料中，同時應用於商用構裝晶片，透過可靠度測試，期望能製作出極具商業價值之銲料。