TWI838983B - 無鉛銲料合金及焊料接點 - Google Patents
無鉛銲料合金及焊料接點 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI838983B TWI838983B TW111145346A TW111145346A TWI838983B TW I838983 B TWI838983 B TW I838983B TW 111145346 A TW111145346 A TW 111145346A TW 111145346 A TW111145346 A TW 111145346A TW I838983 B TWI838983 B TW I838983B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- lead
- free solder
- solder alloy
- copper
- total weight
- Prior art date
Links
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 237
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 177
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 177
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 79
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 78
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 40
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 24
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 24
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 57
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 36
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 15
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 11
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 7
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
本發明公開一種無鉛銲料合金及焊料接點。所述焊料接點可以是由所述無鉛焊料合金所形成或者包含有所述無鉛焊料合金。基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01 wt%至3 wt%的銀、1 wt%至5 wt%的鉍、1 wt%至1.5 wt%的銅、0.005 wt%至0.1 wt%的鎳、0.005 wt%至0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
Description
本發明涉及一種銲料合金及焊料接點，特別是涉及一種無鉛銲料合金及焊料接點。
以往高可靠度的銲錫合金配方設計上，主要追求合金有更佳的抗疲勞及抗衝擊等機械性質，以提供焊接後的焊點有更佳的冷熱循環可靠度及機械衝擊可靠度表現。
然而，在現今IC零件朝結構微型化的發展趨勢下，許多IC零件的銅線路設計上有更小的尺寸，也因此減少了銅線路的厚度。因應這樣的設計下，降低銅蝕成為了無鉛銲錫合金首要的目標特性。若銲錫合金不具備足夠的低銅蝕特性，則會造成焊接過程中以及焊接後的焊點對於銅銲墊的銅成份消耗過大，如此會增加零件於後續使用中，銅線路因熱效應而被耗蝕過多進而產生線路失效的風險。
故，如何改良現有的無鉛錫合金的成分，來克服上述的缺陷，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種無鉛銲料合金及焊料接點，其能有效改善現有的無鉛錫合金銅蝕性過高的問題。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種無鉛銲料合金，其特徵在於，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01 wt%至3 wt%的銀、1 wt%至5 wt%的鉍、1 wt%至1.5 wt%的銅、0.005 wt%至0.1 wt%的鎳、0.005 wt%至0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含1 wt%至2.5 wt%的銀。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%至4.5 wt%的鉍。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含1.1 wt%至1.3 wt%的銅。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.05 wt%至0.1 wt%的鎳。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.007 wt%至0.02 wt%的鍺。
優選地，所述無鉛銲料合金在經過植球後所測得的推力值大於5牛頓。
優選地，在以6 mm/min的拉伸速率對所述無鉛銲料合金進行拉伸後，所述無鉛銲料合金具有大於20%的伸長率。
優選地，所述無鉛銲料合金經過植球且於175℃的溫度下儲存300小時後，對於銅焊墊的銅蝕深度小於8微米。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種焊料接點，其包含無鉛銲料合金：其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01 wt%至3 wt%的銀、1 wt%至5 wt%的鉍、1 wt%至1.5 wt%的銅、0.005 wt%至0.1 wt%的鎳、0.005 wt%至0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含1 wt%至2.5 wt%的銀。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%至4.5 wt%的鉍。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含1.1 wt%至1.3 wt%的銅。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.05wt%至0.1 wt%的鎳。
優選地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.007 wt%至0.02 wt%的鍺。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的無鉛銲料合金及焊料接點，其能通過“基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01 wt%至3 wt%的銀、1 wt%至5 wt%的鉍、1 wt%至1.5 wt%的銅、0.005 wt%至0.1 wt%的鎳、0.005 wt%至0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫”的技術方案，以有效改善現有的無鉛錫合金銅蝕性過高的問題。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“無鉛銲料合金及焊料接點”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
本發明實施例提供一種無鉛焊料合金及焊料接點。所述焊料接點可以是由所述無鉛焊料合金所形成或者包含有所述無鉛焊料合金，但本發明不受限於此。所術無鉛焊料合金及所述焊料接點能具有優異的焊接性、延展性、抗氧化性、銅蝕性、對熱疲勞的抵抗能力及抗衝擊能力。
所述無鉛銲料合金包含有銀、鉍、銅、鎳、鍺及錫。基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01 wt%至3 wt%的銀、1 wt%至5 wt%的鉍、1 wt%至1.5 wt%的銅、0.005 wt%至0.1 wt%的鎳、0.005 wt%至0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
於本發明其中一實施例中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%至3 wt%的銀、4 wt%至5 wt%的鉍、1.2 wt%至1.5 wt%的銅、0.07 wt%至0.1 wt%的鎳、0.01 wt%至0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
於本發明其中一實施例中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01 wt%至2 wt%的銀、1 wt%至4 wt%的鉍、1 wt%至1.2 wt%的銅、0.005 wt%至0.07 wt%的鎳、0.005 wt%至0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
於本發明其中一實施例中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含1 wt%至2.5 wt%的銀、2 wt%至4.5 wt%的鉍、1.1 wt%至1.3 wt%的銅、0.05 wt%至0.1 wt%的鎳、0.007 wt%至0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
較佳地，基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
[實驗數據測試]
以下，參照示範例1至11與比較例1至10詳細說明本發明之內容。然而，以下示範例僅作為幫助了解本發明，本發明的範圍並不限於這些示範例。
示範例1：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例2：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例3：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含3 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例4：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、1 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例5：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、5 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例6：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例7：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.5 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例8：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.005 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例9：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.1 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例10：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.005 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例11：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例1：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例2：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含4 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例3：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、0 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例4：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、6 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例5：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、0.5 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例6：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例7：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例8：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.2 wt%的鎳、0.01 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例9：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
比較例10：基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含2 wt%的銀、4 wt%的鉍、1.2 wt%的銅、0.07 wt%的鎳、0.05 wt%的鍺以及其餘部分的錫。
示範例1至11及比較例1至10的所述無鉛焊料合金的各成分比例配方、推力測試結果、拉伸測試結果、高溫測試結果、板階焊接測試結果、冷熱循環測試結果、機械衝擊測試結果及整體評核結果如下表1，並且相關測試方法說明如下。
推力測試： 以球徑為0.26mm的實施例或比較例之無鉛焊料合金錫球對BGA零件進行植球，零件尺寸為6..4mm×6.4mm，植球迴焊曲線峰值溫度為240℃，完成植球後以推拉力測試機進行錫球凸塊之推力測試，推刀移動速度為100μm/s，每組合金BGA樣本推15顆錫球凸塊並記錄其推力強度，將15顆錫球凸塊的推力強度取平均值為實驗結果，結果判定標準為平均推力強度超過5牛頓則判定為植球焊接性良好並標示為「O」，平均推力強度介於3~5牛頓之間則判定為植球焊接性可接受並標示為「Δ」，平均推力強度小於3牛頓則判定為植球焊接性不足並標示為「X」。
拉伸測試： 進行實施例或比較例之無鉛焊料合金的拉伸測試，拉伸樣本製作及測試方法參照規範ASTM E8進行，拉伸速率為6mm/min，以拉伸測試之伸長率結果比較合金的延展性，本測試中各合金進行三個拉伸樣本的測試，再將所得三個伸長率結果取平均值。判定標準為平均伸長率大於20%則判定為合金具備良好延展性並標示為「O」，平均伸長率介於15~20%之間則判定為合金延展性可接受並標示為「Δ」，平均伸長率小於15%則判定為合金延展性不足並標示為「X」。
高溫儲存測試：以球徑為0.26mm的實施例或比較例無鉛焊料合金錫球對BGA零件進行植球，零件尺寸為6.4mmX6.4mm，植球迴焊曲線峰值溫度為240℃，完成植球後樣本進行高溫儲存測試，高溫儲存測試條件為儲存溫度175℃，儲存時間為300小時。接著，將完成高溫儲存實驗的樣本進行切片分析。切片分析方法為進行切片研磨拋光至樣本外側第一排焊點正中並對焊點縱截面進行顯微觀察，並進行銅蝕深度量測，銅蝕深度量測方法為焊墊外銅線路平面與焊點位置焊錫與焊墊間銅界面的高度差。每個無鉛焊料合金植球高溫儲存樣本各進行5顆焊點的銅蝕深度量測，並將5個焊點的銅蝕深度結果取平均得到平均銅蝕深度。本測試目的係測試實施例或比較例之無鉛焊料合金錫球於焊接反應及長時間熱效應下對於銅焊墊的銅蝕性。合金若有較高的銅蝕性，則錫球於長時間熱效應下對於銅焊墊有較多的消耗，如此會造成較大的銅蝕深度。本測試針高溫儲存後樣本進行切片分析銅蝕深度，判定標準為銅蝕深度小於8um則判定為降低銅蝕效果良好並標示為「O」，銅蝕深度小於介於8~12um則判定為降低銅蝕效果可接受並標示為「Δ」，銅蝕深度大於12um則判定降低銅蝕效果不足並標示為「X」。
板階焊接測試：以球徑為0.63mm的實施例或比較例無鉛焊料合金錫球對BGA零件進行植球，零件尺寸為35mmX35mm，完成植球後的BGA零件先進行高溫高濕85℃/85%RH放置240小時後，再與相對應電路板樣本進行迴焊焊接，本測試目的係測試實施例或比較例之無鉛焊料合金錫球植球後形成之凸塊於板階製程的抗氧化能力，高溫高濕製程即用於加速零件上錫球凸塊的氧化反應。合金抗氧化能力會影響其錫球凸塊與電路板焊接時的焊接性，若合金抗氧化能力不足而使得錫球凸塊與電路板焊接時的焊接性不佳則會增加板階製程後發生雙球不良的發生率。本測試針對板階後樣本進行X-ray分析雙球發生比例，判定標準為雙球發生比例小於10%則判定為板階焊接性良好並標示為「O」，雙球發生比例介於10~20%則判定為板階焊接性可接受並標示為「Δ」，雙球發生比例大於20%則判定為板階焊接性失敗並標示為「X」。
冷熱循環測試：以球徑0.26mm的實施例或比較例之無鉛焊料合金所製得之錫球對球柵陣列(BGA)零件進行植球(零件尺寸為6.4 mmX6.4 mm，植球迴焊曲線峰值溫度為250℃)。完成植球後，BGA零件再與相對應電路板樣本進行迴焊焊接(迴焊曲線峰值溫度為245℃)，並對完成焊接後的樣本進行冷熱循環測試(測試條件為-40~125℃，升、降溫速率為15℃/min，持溫時間為10分鐘，共進行600循環)。接著，將完成冷熱循環後的樣本進行紅墨水分析。紅墨水分析方法為先將樣本浸泡紅墨水，待墨水乾燥完成後進行零件拔除，最後針對零件拔除後的焊點斷面進行顯微觀察。每個樣本皆對整顆零件共256個焊點進行觀察。各種實施例或比較例之無鉛焊料合金錫球分別製作一顆BGA零件的焊接樣本進行紅墨水測試，並各對256個焊點進行斷面觀察。本測試目的是測試實施例或比較例之無鉛焊料合金錫球焊點及焊點與銅基材接合結構之熱疲勞抗性。若合金焊點本身及對銅基材接合結構的熱疲勞抗性不足，則會導致焊點或接合結構於反覆冷熱循環應力下產生熱疲勞破壞，進而影響焊點可靠度。本測試對冷熱循環後的樣本進行紅墨水分析，若焊點於冷熱循環測試過程中產生缺陷或斷裂，則紅墨水測試後焊點斷面會產生染墨現象。焊點斷面發生染墨的程度及數量即代表焊點及接合結構的發生破壞的程度及數量，因而可藉由比較不同樣本焊點染墨的狀況評判焊點及接合結構的熱疲勞抗性。判定標準為所有焊點染墨面積皆未超過斷面面積的50%則判定為合金焊點及接合結構的熱疲勞抗性良好並標示為「O」，染墨面積超過50%的焊點數量小於10顆則判定為合金焊點及接合結構的熱疲勞抗性可接受並標示為「Δ」，染墨面積超過50%的焊點數量為10顆以上則判定為合金焊點及接合結構的熱疲勞抗性不佳並標示為「X」。
機械衝擊測試：以球徑0.26mm的實施例或比較例之無鉛焊料合金所製得之錫球對球柵陣列(BGA)零件進行植球(零件尺寸為6.4 mmX6.4 mm，植球迴焊曲線峰值溫度為250℃)。完成植球後，BGA零件再與相對應電路板樣本進行迴焊焊接(迴焊曲線峰值溫度為245℃)，並對完成焊接後樣本進行機械衝擊測試(測試條件為1500 g加速度，0.5 ms衝擊停留時間，共進行100次衝擊)。接著，將完成機械衝擊測試後的樣本進行紅墨水分析。紅墨水分析方法為先將樣本浸泡紅墨水，待墨水乾燥完成後進行零件拔除，最後針對零件拔除後的焊點斷面進行顯微觀察，每個樣本皆對整顆零件共256個焊點進行觀察。各種實施例或比較例之無鉛焊料合金錫球分別製作一顆BGA零件的焊接樣本進行紅墨水測試，並各對256個焊點進行斷面觀察。本測試目的是測試實施例或比較例之無鉛焊料合金錫球植球後所形成之焊錫凸塊焊點以及凸塊焊點與銅基材接合結構之抗機械衝擊能力。若合金焊點本身及對銅基材接合結構的抗機械衝擊能力不足，則會導致焊點或接合結構無法承受機械衝擊力而產生破壞，進而影響焊點可靠度。本測試對機械衝擊測試後的樣本進行紅墨水分析，若焊點於機械衝擊測試過程中產生缺陷或斷裂，則紅墨水測試後焊點斷面會產生染墨現象。焊點斷面發生染墨的程度及數量即代表焊點及接合結構的發生破壞的程度及數量，因而可藉由比較不同樣本焊點染墨的狀況評判焊點及接合結構的抗機械衝擊能力。判定標準為染墨面積超過50%的焊點數量小於2顆則判定為合金焊點及接合結構的抗機械衝擊能力良好並標示為「O」，染墨面積超過50%的焊點數量介於2~5顆之間則判定為合金焊點及接合結構的抗機械衝擊能力可接受並標示為「Δ」，染墨面積超過50%的焊點數量大於5顆則判定為合金焊點及接合結構的抗機械衝擊能力不佳並標示為「X」。
[表1 示範例與比較例的各成分比例配方與各項測試結果]
| 無鉛焊料合金 | Sn [wt%] | Ag [wt%] | Bi [wt%] | Cu [wt%] | Ni [wt%] | Ge [wt%] | 推力測試 | 拉伸測試 | 高溫儲存測試 | 板階焊接測試 | 冷熱循環測試 | 機械衝擊測試 | 整體評核結果 |
| 實施例1 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | O | O | O | O | O | O | O |
| 實施例2 | 餘量 | 0.01 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | O | O | O | O | Δ | O | Δ |
| 實施例3 | 餘量 | 3.0 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | O | Δ | O | O | O | Δ | Δ |
| 實施例4 | 餘量 | 2.0 | 1.0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | Δ | O | O | O | Δ | O | Δ |
| 實施例5 | 餘量 | 2.0 | 5.0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | O | Δ | O | O | O | Δ | Δ |
| 實施例6 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.0 | 0.07 | 0.01 | O | O | Δ | O | O | O | Δ |
| 實施例7 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.5 | 0.07 | 0.01 | Δ | O | O | O | O | O | Δ |
| 實施例8 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0.005 | 0.01 | O | O | Δ | O | Δ | O | Δ |
| 實施例9 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0.1 | 0.01 | Δ | O | O | O | O | Δ | Δ |
| 實施例10 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0.005 | O | O | O | Δ | O | O | Δ |
| 實施例11 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0.02 | Δ | O | O | O | O | O | Δ |
| 比較例1 | 餘量 | 0 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | O | O | O | O | X | O | X |
| 比較例2 | 餘量 | 4.0 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | O | X | O | O | O | X | X |
| 比較例3 | 餘量 | 2.0 | 0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | O | O | O | O | X | O | X |
| 比較例4 | 餘量 | 2.0 | 6.0 | 1.2 | 0.07 | 0.01 | O | X | O | O | O | X | X |
| 比較例5 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 0.5 | 0.07 | 0.01 | O | O | X | O | O | O | X |
| 比較例6 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 2.0 | 0.07 | 0.01 | X | Δ | O | O | O | Δ | X |
| 比較例7 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0 | 0.01 | O | O | Δ | O | X | O | X |
| 比較例8 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0.2 | 0.01 | Δ | O | O | O | Δ | X | X |
| 比較例9 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0 | O | O | X | O | O | O | X |
| 比較例10 | 餘量 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | 0.07 | 0.05 | X | O | O | O | Δ | Δ | X |
[測試結果討論 ]
實施例1中的無鉛銲料合金在經過各項測試後皆能有較佳的測試結果。實施例1至3、5、6、8及10的無鉛銲料合金在經過植球後所測得的推力值大於5牛頓。在以6 mm/min的拉伸速率對所述無鉛銲料合金進行拉伸後，實施例1、2、4、及6至11的無鉛銲料合金具有大於20%的伸長率。
比較例1中銀含量過低，因此冷熱循環測試結果不佳。比較例2中銀含量過高，因此拉伸測試結果及機械衝擊測試結果不佳。
比較例3中鉍含量過低，因此冷熱循環測試結果不佳。比較例4中鉍含量過高，因此拉伸測試結果及機械衝擊測試結果不佳。
比較例5中銅含量過低，因此高溫儲存測試結果不佳。比較例6中，銅含量過高，因此推力結果不佳。
比較例7中，鎳含量過低，因此冷熱循環測試結果不佳。比較例8中，鎳含量過高，因此機械衝擊測試結果不佳。
比較例9中，鍺含量過低，因此高溫儲存測試結果不佳。比較例10中，鍺含量過高，因此推力測試結果不佳。
[本發明實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的無鉛銲料合金及焊料接點，其能通過“基於所述無鉛銲料合金的總重為100 wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01 wt%至3 wt%的銀、1 wt%至5 wt%的鉍、1 wt%至1.5 wt%的銅、0.005 wt%至0.1 wt%的鎳、0.005 wt%至0.02 wt%的鍺以及其餘部分的錫”的技術方案，以有效改善現有的無鉛錫合金銅蝕性過高的問題。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
Claims (15)
- 一種無鉛銲料合金，其特徵在於，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01wt%至2wt%的銀、1wt%至5wt%的鉍、1wt%至1.5wt%的銅、0.005wt%至0.1wt%的鎳、0.005wt%至0.02wt%的鍺以及其餘部分的錫。
- 如請求項1所述的無鉛銲料合金，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含1wt%至2wt%的銀。
- 如請求項1所述的無鉛銲料合金，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含2wt%至4.5wt%的鉍。
- 如請求項1所述的無鉛銲料合金，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含1.1wt%至1.3wt%的銅。
- 如請求項1所述的無鉛銲料合金，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含0.05wt%至0.1wt%的鎳。
- 如請求項1所述的無鉛銲料合金，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含0.007wt%至0.02wt%的鍺。
- 如請求項1所述的無鉛銲料合金，其中，所述無鉛銲料合金在經過植球後所測得的推力值大於5牛頓。
- 如請求項1所述的無鉛銲料合金，其中，在以6mm/min的拉伸速率對所述無鉛銲料合金進行拉伸後，所述無鉛銲料合金具有大於20%的伸長率。
- 如請求項1所述的無鉛銲料合金，其中，所述無鉛銲料合金 經過植球且於175℃的溫度下儲存300小時後，對於銅焊墊的銅蝕深度小於8微米。
- 一種焊料接點，其包含無鉛銲料合金：其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含0.01wt%至2wt%的銀、1wt%至5wt%的鉍、1wt%至1.5wt%的銅、0.005wt%至0.1wt%的鎳、0.005wt%至0.02wt%的鍺以及其餘部分的錫。
- 如請求項10所述的焊料接點，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含1wt%至2wt%的銀。
- 如請求項10所述的焊料接點，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含2wt%至4.5wt%的鉍。
- 如請求項10所述的焊料接點，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含1.1wt%至1.3wt%的銅。
- 如請求項10所述的焊料接點，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含0.05wt%至0.1wt%的鎳。
- 如請求項10所述的焊料接點，其中，基於所述無鉛銲料合金的總重為100wt%，所述無鉛銲料合金包含0.007wt%至0.02wt%的鍺。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111145346A TWI838983B (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 無鉛銲料合金及焊料接點 |
| CN202310613055.9A CN118081173A (zh) | 2022-11-28 | 2023-05-29 | 无铅焊料合金及焊料接点 |
| JP2023121985A JP2024077579A (ja) | 2022-11-28 | 2023-07-26 | 鉛フリーはんだ合金およびはんだジョイント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111145346A TWI838983B (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 無鉛銲料合金及焊料接點 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI838983B true TWI838983B (zh) | 2024-04-11 |
| TW202421804A TW202421804A (zh) | 2024-06-01 |
Family
ID=91160648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111145346A TWI838983B (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 無鉛銲料合金及焊料接點 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024077579A (zh) |
| CN (1) | CN118081173A (zh) |
| TW (1) | TWI838983B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW202229569A (zh) * | 2019-09-02 | 2022-08-01 | 美商阿爾發金屬化工公司 | 高溫超高可靠性合金 |
-
2022
- 2022-11-28 TW TW111145346A patent/TWI838983B/zh active
-
2023
- 2023-05-29 CN CN202310613055.9A patent/CN118081173A/zh active Pending
- 2023-07-26 JP JP2023121985A patent/JP2024077579A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW202229569A (zh) * | 2019-09-02 | 2022-08-01 | 美商阿爾發金屬化工公司 | 高溫超高可靠性合金 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202421804A (zh) | 2024-06-01 |
| CN118081173A (zh) | 2024-05-28 |
| JP2024077579A (ja) | 2024-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Long term aging effects on the reliability of lead free solder joints in ball grid array packages with various pitch sizes and ball alignments | |
| TWI714420B (zh) | 無鉛無銅錫合金與用於球柵陣列封裝的錫球 | |
| Belhadi et al. | Micro indentation measurements of the creep properties of CABGA doped solder joint | |
| Yang et al. | Effect of interfacial strength between Cu 6 Sn 5 and Cu 3 Sn intermetallics on the brittle fracture failure of lead-free solder joints with OSP pad finish | |
| Arfaei et al. | Dependence of solder joint reliability on solder volume, composition and printed circuit board surface finish | |
| TWI838983B (zh) | 無鉛銲料合金及焊料接點 | |
| CN107900550B (zh) | 焊料组成物 | |
| Vandevelde et al. | Improved QFN thermal cycling reliability using low melting temperature SnBi based solder paste LMPA-Q | |
| TWI714825B (zh) | 焊料組成合金及錫球 | |
| Raj et al. | Long term isothermal aging of BGA packages using doped lead free solder alloys | |
| JPH10166178A (ja) | Ｐｂフリーはんだ材料及びそれを用いた電子機器 | |
| TWM623286U (zh) | 低溫焊錫的焊接結構 | |
| TWI762119B (zh) | 無鉛無銅錫合金與用於球柵陣列封裝的錫球 | |
| Jian et al. | Effect of Varying Amplitude Cycling on SAC-Bi Solder Joint Fatigue | |
| Akkara et al. | Thermal cycling reliability of lead-free solder alloys using surface mount resistors considering aging | |
| TW202323544A (zh) | 無鉛無銅錫合金與用於球柵陣列封裝的錫球 | |
| TW202323543A (zh) | 無鉛無銅錫合金與用於球柵陣列封裝的錫球 | |
| Xia et al. | Effect of interfacial reactions on the reliability of lead-free assemblies after board level drop tests | |
| TWI753800B (zh) | 焊料合金、焊料球及焊料接頭 | |
| TWI771197B (zh) | 低溫焊錫的焊接結構及其製造方法 | |
| Chen et al. | Characterization and comparison of five SAC-based solder pastes for Pb-free reflow soldering | |
| Wang et al. | Board level reliability study for csp with polymer cored solder ball | |
| Son et al. | Enhancement of Thermal cycle and Drop Shock Reliability at Board Level with Developed Solder Composition by Optimized Bi, Cu, Ni Contents in Lead Free Solder Composition | |
| Wheeling | Mechanical Behavior of Gold-containing SAC396 Solder. | |
| Somidin et al. | Investigation of the Effects of Surface Finish and Reflow Conditions on the Microstructure and Mechanical Properties of Sn-based Solders |