TW503146B - Method for producing lead-free solder for encapsulation - Google Patents

Description

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本案為有關於一種封裝材料新技術之發明，尤指一種 封裝用無錯銲錫之新技術製法，能保持積體電路（)接 點黏合可靠度，及符合環保要求等效益者。 半導體構裝技術的發展非常快速，電子產品儲了在效 能上急速演進創新外，隨著全球綠色環保意識提升，新 了代具綠色環保概念之半導體構裝製程與材料技術亦不斷 被要求。由於地球生存環境不斷受到威脅，以過去十年中 各種廢棄電子產品所造成鉛污染問題為例，也引起了工業 界的注意，因此若干國家特別立法不得使用含有鉛之產品 (如歐盟自2 0 0 4年開始），以注重環保問題。 又，以往傳統採含鉛成份之銲錫作為積體電路（丨c ) 接點黏合封裝材料，乃電子元件一般耐熱度上限約22〇 °c，因此採用銲材耐熱度需低於220 t:，所以傳統以錫鉛 成份比例混合來取得銲材耐熱度低於22〇它之考量因素，σ 如第一圖所示，以63%錫與3 7%鉛成份混合比例，使錫鉛兩 者，到最接近之溶融溫度，約為183^兩者成最佳之溶融 狀態’且又能低於電子元件22(rc之耐熱度上限，故傳統 常採用含鉛銲錫作為積體電路（丨c )接點黏合封裝材料。 >對於電子產品主要含鉛成份之銲錫將無法繼續使用， 目前研發出含鉛之銲錫溶融溫度為約1 83 t最低，而不含 鋁由其他合金與錫混合之銲錫特性，其溶融溫度相對皆會 大於1 8 3 C，故針對此一無鉛銲錫之需求，封裝材料亦必 須f展更高特性作為對應，所以目前元件耐熱度已發展到 最咼上限可達25 0 t，如此不含鉛成份之銲錫溶融溫度相

901024.ptd 第4頁 503146 五、發明說明（2) 對需求可在21(rc範圍（約 以目前直接替代現有锡鉛;銲疋耐熱度40它）。 數的積體電路（1C)製造廠撰接之無鉛銲錫而言，大多 替代，因為它提供高度濕性，容f鉍（Sn —Bi )銲錫來 也就不會產生短路的不良，冷用，不易產生細絲， 易發生假銲（life — off )的二75程中，祕沉殿很容 以製造廠通常也不願意使用鉍材料可能使得銲錫脫落，所 要如何尋求或開發可替代 使這些合金在構裝件使用上能具有長二枓混合=銲錫，以 完全達到無鉛銲錫之要求，是 ^之可靠度，進而 針。 疋目則產業上所努力研究之方 心研ί::二基於產業無鉛鮮錫之需求，乃潜 研九終而研發出一種『封裝用無鉛 ^ f 業需求利用。 叶鹎I法』，供以產 =就本發明製備無鉛銲錫的製程詳加說明如下： 請參閱二圖所示，本發明封裝用盔 下列步驟所組成： …，、μ錫的製程，由 a·提供可為鋅（Ζη )含量介於7〜llwtG/。之間，始 含量介5wt%之間，剩餘量為錫（sn ); 或，争（Zn )含量介於7〜llwt%之間，鈷（c〇 )含量介於〇 1厂〇.5^之間，磷（15)含量介於0.005〜〇.〇5豺％之間; 剩餘夏為錫（Sn);或鋅（Zn)含量介$7〜Uwt%之間， 銘（A1 )含量介於〇·!〜〇· 5wt%之間，剩餘量為錫 (Sn );或鋅（Zri )含量介於7〜；nwt%之間，銘（M )含

503146 五、發明說明（3) 量介於0.1〜〇.5wt%之間，鱗（P )含量介於0.005〜 〇· 05wt%之間，剩餘量為錫（Sn );或銦（In )含量介於 10〜15wt%之間，钻（Co)含量介於〇.1〜〇.5wt%之間，剩 餘量為錫（Sn)等五種組成方式製出混合金屬； b ·利用高週波爐以3 5 0 °C以下爐溫融化上述混合金 屬’復予以快速冷卻鑄成所需大小的鑄鍵； c·將鑄錠於180〜240 °C進行30〜240min之均質化處 理，使鑄錠達到圓滑平整之表面，不至有凹陷或產生坑洞 之現象； d ·均質化後之鑄錠直接進行拉伸處理，使之成形無鉛 銲錫線材或球粒狀製品者。 由製程說明中，本發明可由上述五種混合金屬所製出 無錯銲錫，當然不同的組成金屬，其材料特性也隨之變 動’而採用上述多種金屬首要考量之必要條件，就是其混 合金屬之熔點溫度（Melting Temp)不得高於21〇°C，茲 就上述五種混合金屬所製出之無鉛銲錫，經實驗得知之參 考數據說明如下：

(1 )由鋅（Zn)含量介於7〜llwt%之間，鈷（Co) 含罝介於0· 1〜〇· 5wt%之間，剩餘量為錫（sn )等混合金 f所製出無鉛銲錫，其於固化溫度約為199^，液化溫度 、、’勺為2 0 0 c ’溶點溫度（μ e 11 i n g T e m p )約為介於1 9 9 °C〜 2〇〇C之間’而拉力強度（Tensil Strength )可達6.2 kg f /mm2 ’ 伸展率（Elongation)可達 68%。 (11 )由鋅（Zn )含量介於7〜llwt%之間，鈷（Co )

含i介於〇·1〜〇.5wt%之間，磷 b 〇.〇5评0之間，剩餘量為錫（^ 3人1’丨於〇，|)〇5〜 銲錫，乃將（I )項混合金屬汽4 /tc* a金屬所製出無鉛 其拉力強度及伸展率降低Ά :少：填（P)成份’使 約為介於199°C〜20(rc之門了 皿度（Melting Temp) ^ ΓΜρ1 + . 之間 與（ί )項混合金屬之熔點 s:t ^emP)相同’而拉力強度（—1 60% .8kgf/mm2，伸展率（Elo學tion)為 (皿）由辞（Zn)含暑介认7 - 人旦入, 3里，丨於7〜llwt%之間，鋁（A1 ) 3里’I於0 · 1〜〇 · 5 w t %之間，剩條旦 屬所製出無錯銲錫，因钻(JV為錫（Sn)等混合金 i 7, m U鈷（Co )與鋁（A1 )材料特性相 近乃可知用取得成本較低之( A i 度約為196 t：，液化、、田厣的u 07。 弋 ，、、U化，皿 τ 、从达人夜化/皿度約為197 C，熔點溫度（Melting :叩t為介於199t〜2〇(rC之間’而拉力強度（Tensl Strength )可達6.2kgf/im2，伸展率（Ei i〇n) 達67%。 s ( IV )由辞（Zn )含量介於7〜llwt%之間，鋁（Αι ) 含量介於〇·^〜〇·5Μ%之間，磷（P )含量0.005〜(h〇5wt% 之間’剩餘量為錫（Sn )等混合金屬所製出無鉛銲錫，乃 將（ΙΠ )項混合金屬添加少許磷（p )成份，使其拉力強„ 度及伸展率。降低，其熔點溫度（Melting Temp )約為介於 196 °C〜197 °C之間，與（瓜）項組成金屬之熔點溫度 (Melting Temp )相同’而拉力強度（Tensii strength )為5· 8 kgf / mm2，伸展率（E1〇ngati〇n )為59〇/〇。

901024.ptd 第7頁 五、發明說明（5) rr 、（ I 1由銦（Ιη )介於含量10〜15wt%之間，钻 、、曰=冬:於ο」〜0.5wt%之間，剩餘量為錫（Sn)等 H z )斤J t無錯銲錫，乃添加銦（In )成份，直接取 低此，固ί，可使其熔點溫度（Melting Temp)略降 點二ί 度約為183t，液化溫度約為195°c，所 ί (Melting TemP)約為介於183°C 〜195t 之 /tfenMl·/、伸展率會較差，其拉力強度（Tensil 達33%。）可達5 .7吆"删2，伸展率（Elongation )可 可製2:屯2 2 1 )至（V )中選擇適當之混合金屬成份 Ί策出而求材料特性之無鉛銲锡者。 *無提f封裝用無錯銲錫製法’其製 63%錫^^度相當接近，溶融溫度亦與 2伸度（一心训）可達5_ (S〇1derability 以上，其銲接性 求，又在製程上採用益，j封^銲接材料之需 整體設備之檢修率，；製法’其無錯製程可降低 業利用價值。 版仏4之設備成本較低，極具產 之無保用無錯鮮錫製•’其製出 環保要求之效益==點黏合可靠度，…符合 為可供產業利用之高度創作者。

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Claims (1)

1. 川叫6 六、申請專利範圍 :、提了Λ裝用無錯銲錫製法’由下列步驟所組成： (c〇).iiI為鋅（Ζη)含量介於7〜iiwt%之間，姑 或鋅（73 Γ二〜〇.5Wt°/°之間，剩餘量為錫（Sn); 1〜〇 5二二量介於7〜llwt%之間’姑（co)含量介於〇· 剩:二錫，磷（p)含量介於〇.°05〜0.05…之間， 」餘广為：（Sn);或鋅（Zn)含量介w〜llwt%之間， 、（AM含量介於0.1〜0.5wt%之間，剩餘量為錫 旦^ )，或鋅（Zn )含量介於7〜iiwt%之間，鋁（A1 )含 里二於〇.1〜〇.5^之間，磷（15)含量介於〇.〇〇5〜 /5wt%之間，剩餘量為錫（Sn );或銦（in )含量介於 之間，姑（C。）含量介於°」〜。.5WU之間，剩 、置為錫（Sn)等五種組成方式製出混合金屬； b. 利用高週波爐以35〇t以下爐溫融化上述混合金 屬，復予以快速冷卻鑄成所需大小的鑄錠； 口 c. 將鑄旋18〇〜24(rc進行30〜“^卜均質化處理； d. 均質化後之鑄錠直接進行拉伸處理 銲錫線材或球粒狀製品者。 2、 如申請專利範圍第1項所述之封裝用無鉛銲錫製 法’其中由步驟a至d所製出之無鉛銲錫製品，其 化溫度可介於183〜航之間，使其銲接溫度為；= c，可保持積體電路（1C)接點黏合可靠度者。 3、 如申請專利範圍第1項所述之封敦用無鉛銲錫製 法，其中由步驟a至d所製出之無鉛銲錫製品，其拉力強度 (Tensil Strength )可達 5.7 〜6.2kgf/mm2,拉力強度^

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