TW201634752A - 可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構，其主要係由一錫鬚晶抑制層與一錫層所構成；特別地，本發明係以鎳-鈷-鈀合金或鎳-鈀合金製成該錫鬚晶抑制層；並且，由實驗資料證明，所述錫鬚晶抑制層的確能夠有效抑制自錫層所伸出的錫鬚晶之生長；因此，本發明所提出的新穎鍍層結構係能夠取代習用的抑制錫鬚晶生長的方法，進而有效地改善銅/錫介面之間的相互反應及錫鬚晶的生成。
Description
本發明係關於焊錫材料之相關領域，尤指一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構。
在目前的電子元件封裝技術中，主要是以銅或鐵鎳合金作為晶片與印刷電路板之間電性連接的導線架，由於這兩種導線架材料與印刷電路板之間的接合狀況不佳，因此就需要在導線架表面披覆銲錫鍍層，以協助導線架和印刷電路板之間的接合作用。
傳統上是以錫鉛合金做為導線架表面披覆的銲錫鍍層；然而，由於鉛具毒性且不利於環保，因此目前多以無鉛銲料取代傳統的錫鉛銲料。可惜的是，無鉛銲料在室溫下會產生自發性的錫鬚晶(tin whisker)生長；並且，當錫鬚晶成長到一定長度，其將會連接導線架的兩個相鄰的引腳，而導致短路現象發生，並且在錫鬚晶成長至接近兩個相鄰引腳之間距時，就會有尖端放電的現象產生，而其所產生的火花會導致封裝的電子元件失效。
有鑑於此，一種抑制錫鬚晶生長的方法係被提出。請參閱圖1，係習用的一種抑制錫鬚晶生長的方法的流程圖；並且，請同時參閱圖2，係由抑制錫鬚晶生長的方法所製成的一多層材料結構的示意圖。該抑制錫鬚晶生長的方法主要包括以下3個步驟。
如圖1與圖2所示，首先，該方法係執行步驟(S01’)，提供一鐵鎳合金基材202’；其中，該鐵鎳合金基材202’所含有的鎳的重量百分比係介於42wt%至60 wt%之間。接著，係執行步驟(S02’)，在該鐵鎳合金基材202’的表面上形成一鎳層204’，且該鎳層204’的厚度係介於1µm至2µm之間。最後，係執行步驟(S03’)，在該鎳層204’上形成一錫層206’，其中該鎳層204’的厚度係介於3µm至20µm之間；如此，該鎳層204’係可抑制應力於錫層206’之中產生，藉此方式進一步地抑制該錫層206’的錫鬚晶的生長，進而避免錫鬚晶於該錫層206’之表面上產生。
經由上述之方法，吾人可以得知的是，藉由在銅/錫介面中置入一層厚度介於3µm至20µm之間的電鍍鎳層作為中間層(underlayer)，係的確可以有效防止錫鬚晶於錫表面之上產生。然而，另一方面，吾人必須考慮的是，電鍍製程所產生的廢料係有害於環境的；此外，厚度最高達20µm電鍍鎳層亦會早成電子元件封裝的整體成本的增加。
因此，有鑑於習用的抑制錫鬚晶生長的方法仍具有缺點與不足，本案之發明人係極力加以研究發明，終於研發完成本發明之一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構。
本發明之主要目的，在於提供一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構，主要係由一錫鬚晶抑制層與一錫層所構成；其中，本發明係以鎳-鈷-鈀合金或鎳-鈀合金製成該錫鬚晶抑制層。由實驗資料證明，所述錫鬚晶抑制層的確能夠有效抑制自錫層所伸出的錫鬚晶之生長；因此，本發明所提出的新穎鍍層結構係能夠取代習用的抑制錫鬚晶生長的方法，進而有效地改善銅/錫介面之間的相互反應及錫鬚晶的生成。
因此，為了達成本發明之主要目的，本案之發明人提出一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構，係包括： 一錫鬚晶抑制層，係形成於該基材之上；以及 一錫層，係形成於該錫鬚晶抑制層之上； 其中，該錫鬚晶抑制層為一鎳-鈷-鈀合金，且該鎳-鈷-鈀合金之成分組成為(A)Ni-(B)Co-(C)Pd；並且，A表示為(100-1.5-0.5-x-y)wt%，B表示為(1.5+x)wt%，且C表示為(0.5+y)wt%； 其中，x的值係介於0至1.5之間，且y的值係介於0至1.0%之間。
並且，為了達成本發明之主要目的，本案之發明人提出一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構之另一實施例，係包括： 一錫鬚晶抑制層，係形成於該基材之上；以及 一錫層，係形成於該錫鬚晶抑制層之上； 其中，該錫鬚晶抑制層為一鎳-鈷-鈀合金，且該鎳-鈷-鈀合金之成分組成為(A)Ni-(C)Pd；並且，A表示為(100-1.5-z)wt%，且C表示為(1.5+z)wt%； 其中，z的值係介於0至1.5之間。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
請參閱圖3，係顯示本發明之一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構之示意性剖視圖。如圖3所示，本發明之新穎鍍層結構1係形成於一基材10之上，並且其結構上係包括形成於該基材10之上的一錫鬚晶抑制層11以及形成於該錫鬚晶抑制層11之上的一錫層12。於此新穎鍍層結構1之中，所述的錫鬚晶抑制層11係為一鎳-鈷-鈀合金，且該鎳-鈷-鈀合金之成分組成為(A)Ni-(B)Co-(C)Pd；其中，A表示為(100-1.5-0.5-x-y)wt%，B表示為(1.5+x)wt%，且C表示為(0.5+y)wt%。於此，x的值係介於0至1.5之間，且y的值係介於0至1.0%之間。
眾所周知的是，在目前的半導體製程技術與電子元件封裝技術中，主要係以導電性金屬來作為焊接金屬墊或晶片與印刷電路板之間電性連接的導線架；因此，前述之基材10指的是導線架或者矽晶圓，亦即，基材10之材質可以是矽、銅、銅合金、鐵、鐵合金、金、或者金合金。另外，基材10也可以是指形成於矽晶圓、導線架、或印刷電路板之上的導電金屬。因此，於本發明中，又將矽晶圓、導線架、或印刷電路板稱之為外部導電基材10a(如圖3所示)。
請繼續參閱圖4，係顯示本發明之新穎鍍層結構之第二示意性剖視圖。如圖4所示，製程上通常會於基材10與外部導電基材10a間形成一附著力改善層101，例如於金屬銅與矽晶圓之間形成一鈦層，以藉此附著力改善層101增加金屬材質之基材10(例如銅)與外部導電基材10a間附著力。並且，除了金屬鈦之外，該附著力改善層101也可以由金屬鉬或者金屬鉻製成。
於此，必須特別說明的是，雖然上述說明指出所述錫鬚晶抑制層11為一鎳-鈷-鈀合金，但並非以此限制本發明之可能實施態樣。在其它可能的應用中，亦可以鎳-鈀合金作為該錫鬚晶抑制層11，並且該錫鬚晶抑制層11的成分組成為(A)Ni-(C)Pd；其中，A表示為(100-1.5-z) wt%，且C表示為(1.5+z)wt%。於此，z的值係介於0至1.5之間。
如此，上述係清楚說明本發明之可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構1之構成及其成分組成。繼續地，以下將說明所述新穎鍍層結構之可行性。請參閱圖5，係顯示新穎鍍層結構之掃描式電子顯微鏡影像圖。其中，圖5之影像(a)-(h)係為不同成分組成之新穎鍍層結構1的SEM影像，整理如下列表(一)所示。 表(一)
由影像(a)-影像(d)可以發現，相較於純鎳製成之錫鬚晶抑制層11，由鎳-鈀合金所製成的錫鬚晶抑制層11能有效抑制錫鬚晶自該錫層12伸出，並且，抑制錫鬚晶生長之效果係隨著鈀的重量百分比之提升(由0.5wt%~3.0wt%)而增加。進一步地，由影像(e)-影像(h)可以發現，由鎳-鈷-鈀合金所製成的錫鬚晶抑制層11係同樣能夠有效抑制錫鬚晶自該錫層12伸出；並且，在固定鈀的重量百分比的情況下，抑制錫鬚晶生長之效果係隨著鈷的重量百分比之提升(由0.5wt%~3.0wt%)而增加。
如此，透過上述所呈現的各種實驗數據，吾人可以進一步地得知本發明最主要的優點在於：本發明係以鎳-鈷-鈀合金或鎳-鈀合金製成該錫鬚晶抑制層；並且，由實驗資料證明，所述錫鬚晶抑制層的確能夠有效抑制自錫層所伸出的錫鬚晶之生長；因此，本發明所提出的新穎鍍層結構係能夠取代習用的抑制錫鬚晶生長的方法，進而有效地改善銅/錫介面之間的相互反應及錫鬚晶的生成。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
＜本發明＞
1‧‧‧新穎鍍層結構
10‧‧‧基材
11‧‧‧錫鬚晶抑制層
12‧‧‧錫層
10a‧‧‧外部導電基材
101‧‧‧附著力改善層
1‧‧‧新穎鍍層結構
10‧‧‧基材
11‧‧‧錫鬚晶抑制層
12‧‧‧錫層
10a‧‧‧外部導電基材
101‧‧‧附著力改善層
＜習知＞
S01’~S03’‧‧‧方法步驟
202’‧‧‧鐵鎳合金基材
204’‧‧‧鎳層
206’‧‧‧錫層
S01’~S03’‧‧‧方法步驟
202’‧‧‧鐵鎳合金基材
204’‧‧‧鎳層
206’‧‧‧錫層
圖1係顯示習用的一種抑制錫鬚晶生長的方法的流程圖； 圖2係顯示經由該抑制錫鬚晶生長的方法所製成的一多層材料結構的示意圖； 圖3係顯示本發明之一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構之示意性剖視圖； 圖4係顯示本發明之新穎鍍層結構之第二示意性剖視圖； 圖5係顯示新穎鍍層結構之掃描式電子顯微鏡影像圖。
1‧‧‧新穎鍍層結構
10‧‧‧基材
11‧‧‧錫鬚晶抑制層
12‧‧‧錫層
10a‧‧‧外部導電基材
Claims (4)
- 一種可抑制錫鬚晶生長的新穎鍍層結構，係形成於一基材之上，並包括： 一錫鬚晶抑制層，係形成於該基材之上；以及 一錫層，係形成於該錫鬚晶抑制層之上； 其中，該錫鬚晶抑制層為一鎳-鈀合金，且該鎳-鈀合金之成分組成為(A)Ni-(C)Pd；並且，A表示為(100-1.5-z)wt%，且C表示為(1.5+z)wt%； 其中，z的值係介於0至1.5之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之可抑制錫鬚晶生長新穎鍍層結構，其中，該基材之材質係選自於下列任一者：銅、銅合金、鐵、鐵合金、金、或者金合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之可抑制錫鬚晶生長新穎鍍層結構，其中，該基材係形成於一外部導電基材之上。
- 如申請專利範圍第3項所述之可抑制錫鬚晶生長新穎鍍層結構，其中，該外部導電基材可為下列任一種：半導體晶圓、導線架、與印刷電路板。
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