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研究生: 林昱任
Lin, Yu-ren
論文名稱: 高溫錫鉛銲料與(鎳-釩)基材間之界面反應
Interfacial reactions between high temperature SnPb solders and Ni-7wt.%V
指導教授: 陳信文
Chen, Sinn-wen
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 104
中文關鍵詞: 界面反應鎳-釩錫鉛銲料
外文關鍵詞: interfacial reactions, Ni-V, SnPb solder
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  •   覆晶技術是現代電子產業中非常重要的新興技術,其中UBM與銲料之間產生的界面反應也就成為研究中非常重要的環節。UBM中的擴散阻障層最主要的材料為Ni(nickel),而Sn(tin)為銲料中最常用的材料,因此Ni/Sn間的界面反應在覆晶技術中占有非常重要的地位。由於Delco process的濺鍍製程,會使Ni中會含有V(vanadium)的抗磁性成分,而由文獻中了解,V的加入會使得Ni/Sn的界面反應產生不同的結果。
    本研究著重於Ni-V與SnPb銲料之間界面反應。在Chen等人的研究中顯示,Sn與Ni-V的反應會在界面處產生一層Sn-Ni-V三元相(T相),此相並非熱力學穩定相,經由TEM以及低略角XRD分析,發現T相中含有許多Ni3SN4的細小晶粒,而晶粒之間存在非結晶(amorphous)的結構,在研究中也呈現了許多不同溫度條件下的界面反應結果。
      本研究最初利用高鉛銲料(Sn-90Pb)與Ni-V基材做界面反應,雖然Pb在系統中並不會與任何一個元素產生介金屬相,但是實驗結果顯示Pb的加入會影響介金屬相產生的順序。與Sn/Ni-V的界面反應類似,產生的介金屬相只有兩種,Ni3Sn4以及T相,在固態反應中,Sn/Ni-V的界面反應中T相首先生成,而Sn-90Pb/Ni-V的界面反應中則是Ni3Sn4先在界面生成。在液固反應中,本研究則改變了錫鉛銲料中錫鉛濃度的比例,發現Pb不但會影響介金屬的生成順序,也會改變介金屬相生成的位置,例如高鉛銲料的界面反應中,並不會看到Ni3Sn4漂離界面的情形出現,而當Pb的濃度降低時,Ni3Sn4就會在銲料中生成,而非在界面處。在Sn-10Pb/Ni-V的液固界面反應中,還發現了Pb進入T相的情形,代表雖然Pb並不參與反應,卻的確會改變界面反應的結果。
    本研究重複了Chen等人研究中Sn/Ni-V在250oC的液固反應,結果發現T相會轉變為一層Ni含量極低的T相,經由分析發現,這層新發現的T相的結構非常疏鬆,以許許多多的V2Sn3的細小晶粒所構成,而這些細小晶粒並沒有以晶界連接,而是獨自飄散於以Sn為主的基材之中,本論文便以「Sn-V相」來稱呼這層新發現的結構。這樣的結構造成了T相的脆弱,容易由界面瓦解、飄向銲料,因此本研究將此結果稱為「Ni-V的溶解現象」,Ni-V→T相→Sn-V相,本論文將此三者稱為Ni-V的溶解三步驟。
      在T相的電性量測部分,礙於分析器材以及專業知識的限制,本研究只以最粗略的方式做量測,雖然在研究中顯示T相的出現並不會影響反應偶整體的電性,但是卻不能直接證明T相是否存在高電阻的特性;因此在此部分本論文是採取保留的態度。
      而在論文最後則呈現了其他在研究中有趣的實驗結果,雖然無法描述其生長的機制,但是由於結果特殊,也給予一些篇幅來做介紹。


    圖目錄…………………………………………………………………… I 表目錄………………………………………………………………… III 摘要……………………………………………………………………… V 第一章、 前言………………………………………………………… 1 第二章、 文獻回顧 2-1 相平衡…………………………………………………………… 7 □ Sn-Ni相圖…………………………………………………………8 □ Sn-V相圖…………………………………………………………10 □ Ni-V相圖…………………………………………………………12 □ Sn-Ni-V三元相圖……………………………………………… 14 □ Sn-Pb相圖……………………………………………………… 15 2-2 界面反應……………………………………………………… 16 □ 界面反應動力學…………………………………………………19 □ 界面反應生成相的形態與其演變………………………………21 □ Sn(Pb)/Ni界面反應…………………………………………… 23 □ Ni-V合金和銲料合金的界面反應………………………………26 第三章、 實驗方法……………………………………………………36 第四章、 結果與討論 □ 4-1 Sn-90Pb/Ni-7wt.%V在210oC-250oC之界面反應……… 43 □ 4-2 Sn-90Pb/Ni-7wt.%V在340oC-450oC之界面反應……… 51 □ 4-3 Pb對SnPb/Ni-7wt.%V液-固反應之影響…………………56 □ 4-4 液-固界面反應中T相的分層現象……………………… 64 □ 4-5 T相的電性探討………………………………………… 83 □ 4-6 其他Sn/Ni-V的界面反應……………………………… 95 第五章、 結論……………………………………………………… 100 參考文獻………………………………………………………………101

    [1] 陳信文、陳立軒、林永森、陳志銘,《電子構裝技術與材料》,高立圖書有限公司,(2004)
    [2] 林定皓,《印刷電路板概論(養成篇)》第二版,台灣電路板協會,(2008)
    [3] 黃育智、楊青峰、陳信文,《科學發展》416期,58~63頁(2007)
    [4] H. Gan, W. J. Choi, G. Xu, and K. N. Tu, JOM, Vol. 54, pp.34-37(2002).
    [5] D.R. Frear, J.W. Jang, J.K. Lin, and C. Zhang, JOM 53 (1),28 (2001).
    [6] C.Y. Liu, K.N. Tu, T.T. Sheng, C.H. Tung, D.R. Frear, P. Elenius, J. Appl. Phys. 87 (2000).
    [7] Official Journal of the European Union, pp. L 37/19–L 37/23, February 13, 2003.
    [8] F.N.Rhines,Phase Diagrams in Metallurgy, McGraw & Hall, New York(1956).
    [9] P.Nash and A.Nash, Bulletin of Binary Vanadium Alloys, Vol. 6(4), pp.350-359(1985).
    [10] J. F. Smith, Phase Diagrams of Binary Vanadium Alloys, Metals Park, Ohio, ASM International,pp.270-274(1989).
    [11] J. F. Smith, O. N. Carlson and P. G. Nash, Phase Diagrams of Binary Nickel Alloys, Materials Park, Ohio, ASM International, pp.361-367(1991)
    [12] 陳志吉博士論文,國立清華大學化工所,(2008)
    [13] Chih-Chi Chen, Sinn-Wen Chen, and Ching-Ya Kao, J. Electron. Mater., Vol.35, pp.922-928(2006).
    [14] D. A. Porter and K. E. Easterling, Phase Transformation in Metals ans Alloys, 2nd edition, Chapman & Hall, London, 1992.
    [15] F. J. J. Van Loo, prog. Solid St. Chem., Vol. 20, pp.47-99 (1990).
    [16] L. H. Su, Y. W. Yen, C. C. Lin, and S. W. Chen, Metallurgical and Materials Transcation B, Vol. 28B, pp.927-934(1997).
    [17] R. E. Reed-Hill, R.Abbaschian, Physical Metallurgy Principle, 3rd edition, PWS, Boston, p.365-367(1994).
    [18] C. R. Kao, Materials Science and Engineering A, Vol. 238, p.196-201(1997).
    [19] C. H. Wang, S. W. Chen, C. H. Chang, J. C. Wu, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 34, p.199-209(2003).
    [20] C. E. Ho, S. C. Yang, C. R. Kao, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, Vol. 18, pp.155-174(2002).
    [21] 李守維碩士論文,國立清華大學化工所(2003)。
    [22] 劉家明碩士論文,國立清華大學化工所(2000)。
    [23] S. W. Chen and C. H. Wang, Journal of Materials Research, Vol. 21(9), p.2270-2277(2006).
    [24] S. K. Kang and V. Ramachandran, Scripta Metallurgica, Vol. 14, pp.421-424(1980).
    [25] J. Haimovich, Welding Research Supplement, March, pp.102-111(1989).
    [26] P. G. Kim, J. W. Jang, T. Y. Lee, and K. N. Tu, J. Appl. Phys., Vol. 86, pp.6746-6751 (1999).
    [27] M.O. Alam, Y.C. Chan, and K.C. Hung, J. Electron. Mater., Vol. 31, pp.1117-1121(2002).
    [28] W.M. Chen, P. Mccloskey, P. Byrne, P. Cheasty, G. Duffy, J.F. Rohan, J. Boardman, A. Mulcahy, and S.C. O’Mathuna, J. Electron. Mater., Vol. 33, pp.900-907(2004).
    [29] Hsiao-Yun Chen and Chih Chen, J. Electron. Mater., Vol.38, pp.338-344(2008).
    [30] J. Osenbach, A. Amin, M. Bachman, F. Baiocchi, D. Bitting,D. Crouthamel, J. Delucca, D. Gerlach, J. Goodell, C. Peridier, M. Stahley, and R. Weachock, J. Electron. Mater., Vol. 38, pp.303-324(2008).
    [31] C. Y. Liu and K. N. Tu, J. Appl. Phys., Vol. 87, pp.750-754(2000).
    [32] Albert T. Wu and F. Hua, J. Mater. Res., Vol. 22, pp.735-741(2007).
    [33] Sinn-Wen Chen, Chih-Chi Chen and Chih-Horng Chang, Scripta Materialia, Vol.56, pp.453-456 (2007).
    [34] Chih-Chi Chen and Sinn-Wen Chen, J. Electron. Mater., Vol. 35, pp.1701-1707(2006).
    [35] Sinn-Wen Chen, and Chih-Chi Chen, J. Electron. Mater., Vol.36, pp.1121-1128(2007).
    [36] Chih-Chi Chen, Sinn-Wen Chen, and Ching-Ya Kao, J. Electron. Mater., Vol. 35, pp.922-928(2006)
    [37] Chih-chi Chen, Sinn-wen Chen, and Chih-horng Chang. J. Mater. Res., Vol. 23, pp.1895-1901 (2008)
    [38] Chih-chi Chen, Sinn-wen Chen, and Chih-horng Chang, J. Appl. Phys., Vol.103(2008)
    [39] W. C. Liu, S. W. Chen and C. M. Chen, Journal of Electronic Materials, Vol.27, pp.L5-L8(1998)
    [40] S. W. Chen, C. M. Chen, and W. C. Liu, Journal of Electronic Materials, Vol.27, pp.1193-1198(1998)
    [41] C. M. Chen and S. W. Chen, Acta Materialia, Vol. 50 pp.2461-2469(2002)
    [42] C. M. Chen and S. W. Chen, Journal of Materials Research, Vol.18, pp. 1293-1296(2003).
    [43] C. M. Chen and S. W. Chen, Journal of Electronic Materials, Vol.28, pp.902-906(1999)
    [44] C. M. Chen and S. W. Chen, Journal of Electronic Materials, Vol.29, pp.1222-1228(2000)
    [45] C. M. Chen and S. W. Chen, Journal of Applied Physics, Vol. 90, pp.1208-1214(2001)
    [46] S. W. Chen and C. H. Wang, Journal of Materials Research, Vol. 22, pp. 695-702
    [47] Chao-hong Wang and Sinn-wen Chen, Acta Materialia, Vol. 54, pp.247-253(2006)
    [48] Chih-chi Chen, Sinn-wen Chen and Chih-horng Chang, Journal of Materials Research, Vol. 23, No.10, pp.2743-2748(2008)
    [49] Ming-yen Tsai, Yen-liang Lin and C. Robert Kao, 中國材料科學學會2009年年會論文集,論文編號:03-0094。

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