軟銲是工業界常用的連結技術之一，其在電子產品的生產上更是扮演重要的一環。近年來因為無鉛銲料的政策、各種封裝的技術如覆晶、Through Silicon Via (TSV)等技術的發展，軟銲的重要性更是有增無減。除了普遍使用的無鉛銲料 Sn-Ag-Cu、Sn-Ag之外，添加微量Co的Sn-Co-Cu銲料合金近期也開始受到重視。軟銲技術被大量應用在電子產品的製造中，其形成的銲點(Solder joint)，使電能及訊號在電子元件間互相傳遞，因此電子產品在使用過程中，銲點同時受到熱能及電遷移效應的影響，而銲點品質的良劣直接影響到電子產品的可靠度。其中銲點之界面反應被認為是影響銲點可靠度的重要因素之一，在常見的UBM製程上常使用Ni元素來做為擴散阻障層材料，因此了解Sn-Co-(Cu)/Ni的界面反應及電遷移效應對其界面的影響便成為發展Sn-Co-Cu銲料合金重要的知識。
本研究以實驗的方法來了解Sn-Co-(Cu)/Ni的固態界面反應及在通電情況下界面反應的情形，在Sn-Co系統當Co含量為0.05wt.%及0.5wt.%時，界面在180oC及210oC下，皆生成連續相Ni3Sn4及不連續相(Ni,Co)Sn4，隨著反應時間的增長，Ni3Sn4相隨之增厚，而不連續相(Ni,Co)Sn4¬則維持不變。而在Sn-Co-Cu系統對Ni的固態界面反應中，在180oC及210oC反應溫度下，含有0.05wt.%Co與含0.5wt.%Co之銲料合金對Ni之固-固界面反應，在反應前期，界面生成單層之Cu6Sn5相，隨後界面為Cu6Sn5相和Ni3Sn4相兩層生成相結構。反應中後期，界面生成相為Cu6Sn5相和Ni3Sn4相，且隨反應時間的增加Cu6Sn5和Ni3Sn4皆隨之增厚。
在通電的反應中，當施加500A/cm2電流密度下，電子流入的陰極端會有(Ni,Co)Sn4及層狀Ni3Sn4生成，而在電子由基材端流入銲料端之陽極界面，在長時間反應下界面僅存在Ni3Sn4相且其受到電遷移效應之影響會溶入銲料Sn中脫離界面，造成部分界面Ni基材產生大量消耗的情形產生，在Sn-Co-Cu對Ni的通電反應中，初期兩端界面皆生成Cu6Sn5相和Ni3Sn4相兩層，經過長時間反應，電子由銲料Sn端流入基材Ni端之陰極界面生成厚度較厚之Cu6Sn5與較薄之Ni3Sn4，而電子由基材Ni端流入銲料Sn端的陽極界面之Ni3Sn4則明顯較陰極界面來的厚，Cu6Sn5則隨時間界面厚度越來越小，長時間反應後也觀察到陽極界面有相似Sn-Co/Ni反應中部分界面Ni基材有消耗較多的情形產生，經過在210oC反應400小時候，電子由基材端流入銲料端之陽極界面幾乎僅存在單層之Ni3Sn4。本研究也實驗了Sn-Co/Ni在較高電流密度(1x 104A/cm2)下之界面反應情形，其反應情形類似低電流密度(500A/cm2)實驗，在陰極界面會有連續層狀Ni3Sn4不連續相(Ni,Co)Sn4生成，而在陽極界面由於Ni受到電遷移效應明顯使得Ni3Sn4中之Ni溶入Sn中，造成在界面生成大量之Ni3Sn4和Ni3Sn4溶入Sn中導致Ni基材的大量消耗。

1. R. J. Klein Wassink: Solder in Electronics, 2nd ed., (Electrochemical Publications, Isle of Man, British Isles, England, 1989)
2. D. R. Frear, J. W. Jang, J. K. Lin and C. Zhang, JOM, 53(6), 28 (2001)
3. S. Lassig, Solid State Technol., 50(12), 48 (2007)
4. J. H. Lau, Flip Chip Technologies, McGraw-Hill, New York (1996)
5. WEEE: Official Journal of the European Union, L 37/24, 13.2. (2003)
6. RoHS: Official Journal of the European Union, p. L 37/19-L 37/23, 13.2. (2003)
7. S. W. Jeong, J. H. Kim and H. M. Lee, J. Electron. Mater., 33(12), 1530 (2004)
8. G. Cho, S. K. Kang, D. Y. Shih and H. M. Lee, J. Electron. Mater., 36(11), 1501 (2007)
9. I. de Sousa, D. W. Henderson, L. Patry, S. K. Kang and D. Y. Shih, Proc. 56th. , Electronic Components and Technology Conference, 1454 (2006)
10. I. E. Anderson, J. Mater. Sci.-Mater. El. 18, 55 (2007)
11. K. S. Kim, S. H. Huh and K. Suganuma, Microelectron. Reliab. 43, 259 (2002)
12. Y. W. Wang, Y. W. Lin, C. T. Wu and C. R. Kao, J. Alloys Compd. 478, 121 (2009)
13. Y.C. Huang, S.W. Chen, and K.S. Wu, J. Electron. Mater., 39(1), 109, (2010)
14. H. Nishikawa, A. Komatsu, and T. Takemoto, J. Electron. Mater., 36(9), 1137 (2007)
15. F. N. Rhines, Phase diagrams in metallurgy, McGraw-Hill, New York, 1956.
16. N. Saunders and A. P. Miodownik, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 11(3), 278 (1990).
17. H. Okamoto, J. Phase Equilib. Diff., 27(3), 308 (2006)
18. M. Jiang, J. Sato, I. Ohnuma, R. Kainuma, and K. Ishida, Calphad, 28,213
(2004)
19. S.W. Chen, Y.K. Chen, H.J. Wu, Y.C. Huang and C.M. Chen, , J. Electron. Mater.,39, 2418, (2010)
20. P. Nash and A. Nash, ASM Hankbook Vol.3 Alloy Phase Diagrams, ed. By H. Baker, ASM International, Materials Park, Ohio (1992)
21. T. Nishizawa, K. Ishida, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, 5, 161 (1984)
22. D. J. Chakrabarti, D. E. Laughlin, S. W. Chen and Y. A. Chang, edited by P. Nash, ASM, Materials Park, 85 (1991)
23. K. Ishida and T. Nishizawa, ASM Handbook Vol.1 Alloy Phase Diagrams, Ed. By H. Baker, ASM International, Materials Park, Ohio, (1992)
24. 陳昱愷 碩士論文 國立清華大學化工所, 新竹 (2009)
25. Y. H. Chao, S. W. Chen, C. H. Chang, C. C. Chen, Metallurgical and Materials Transactions A, 39(A), 477 (2008)
26. C. H. Lin and S. W. Chen, and C. H. Wang, Journal of Electronic Materials, 31(9), 907 (2002)
27. C. H. Wang and S. W. Chen, Metallurgical and Materials Transactions A, 34A(10), 2281 (2003)
28. C. L. Tsao and S. W. Chen, T. Materials Science, 30, 5215 (1995)
29. S. W. Chen, C. M. Chen and W. C. Liu, Journal of Electronic Materials, 27(11), 1193 (1998)
30. F. J. J. van Loo, J. A. van Beek, G. F. Bastin, and R. Metselaar, in Diffusion in Solids: Recent Developments, ed. By M. A. Dayananda and G. E. Murch, The Metallurgical Society, Inc., Warrendale, Pennsylvania, (1985)
31. J. S. Kirkaldy and L. C. Brown, Canadian Metallurgical Quarterly, 2, 89 (1963)
32. J. B. Clark, Transactions of the Metallurgical Society of AIME, 227, 1250,
(1963)
33. S. W. Chen and Y. W. Yen, J. Electron. Mater., 28(11), 1202 (1999)
34. V. I. Dybkov, Reaction diffusion and solid state chemical kinetics, IPMS Publications, (2002)
35. C. E. Ho, S. C. Yang, C. R. Kao, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 18, 155 (2006)
36. S.W. Chen, S.H. Wu, S.W. Lee, J. Electron. Mater., 32(11), 1188 2003.
37. F.J.J. van Loo, Prog. Solid State Chem. 21, 47 (1990)
38. W. T. Chen, R. Y. Tsai, Y. L. Lin, C. R. Kao, Journal of Surface Mount Technology, 15(4),40, (2002)
39. W. T. Chen, C. E. Ho, C. R. Kao, Journal of Materials Research, 17(2), 263 (2002)
40. C. H. Wang, S. W. Chen, Acta Materialia, 54, 247 (2006)
41. D. H. Kim, M. G. Cho, S. K. Seo and H. M. Lee, J. Electron. Mater. 38(1), 39 (2009)
42. J. R. Black, IEEE T. Electron Dev., ED-16, 338 (1969)
43. C. M. Chen and S. W. Chen, Acta Materialia, 50, 2461 (2002)
44. C. M. Chen and S. W. Chen, J. Appl. Phys., 90, 1208 (2001)
45. C. M. Chen and S.W. Chen, J. Electron. Mater., 28(7), 902 (1999)
46. C. M. Chen and S.W. Chen, J. Electron. Mater., 27(11), 1193 (1998)
47. C. C. Chen, S. W. Chen and C. H. Chang, J. Appl. Phys., 103, 063518 (2008)
48. 陳志銘 博士論文 國立清華大學化工所, 新竹 (2002)
49. 王朝弘 博士論文 國立清華大學化工所, 新竹 (2008)
50. H. Gan and K. N. Tu, J. Appl. Phys., 97, 063514 (2005)
51. C. T. Lin, Y. C. Chuang, S. J. Wang, and C. Y. Liu Appl. Phys. Lett. 89, 101906 (2006)
52. C. Y. Liu, Lin Ke, Y. C. Chuang, and S. J. Wang J. Appl. Phys. 100, 083702 (2006)
53. J.H. Ke , T.L. Yang , Y.S. Lai , C.R. Kao, Acta Materialia 59, 2462 (2011)