无铅无铜锡合金与用于球栅阵列封装的锡球制造技术

一种无铅无铜锡合金，包含0.01～3.0wt％的银、0.01～5.0wt％的铋、0～2.0wt％的锑、0.005～0.1wt％的镍、0.005～0.02wt％的锗及余量的锡。本发明专利技术的无铅无铜锡合金经焊接后所得的结构，例如焊锡凸块，会具备优异的机械冲击可靠度，同时拥有良好的焊接性、延展性、抗氧化能力及冷热循环可靠度。化能力及冷热循环可靠度。化能力及冷热循环可靠度。

【技术实现步骤摘要】
无铅无铜锡合金与用于球栅阵列封装的锡球


[0001]本专利技术是有关于一种锡合金与由该锡合金所制成的用于球栅阵列封装的锡球，特别是指一种无铅无铜锡合金与由该无铅无铜锡合金所制成的用于球栅阵列封装的锡球。

技术介绍

[0002]随着半导体元件的I/O数(input/output)的提高，封装技术由原本只能使用晶片周边进行封装的打线结合(wire bonding)演变成至今能使用晶片底部表面进行封装的球栅阵列(ball grid array；简称BGA)封装，其技术是对半导体元件进行IC焊垫重新布局(I/O distribution)，将焊垫分布在半导体元件底部从而提高I/O密度。
[0003]球栅阵列封装的导通方式可分为金属凸块、导电胶及导电膜等，其中又以属于金属凸块技术的焊锡凸块(solder bump)为主。而球栅阵列封装又可分为非晶圆级封装及晶圆级封装。
[0004]非晶圆级封装是指硅晶片透过打线或覆晶(flip chip)的方式焊接在有机基板后，在硅晶片及有机基板之间灌入底部填胶(underfill)，然后在有机基板的另一端焊接上锡球形成焊锡凸块，以形成一电子元件。因为有机基板和硅晶片的膨胀系数差距过大，当电子元件本身或环境出现温度变化时，由热膨胀系数不匹配(mismatch in coefficient of thermal expansion)所带来的热应力会造成电子元件与电路板之间的焊点(焊锡凸块)出现损坏(有机基板和硅晶片之间的焊点因有底部填胶而通常不会出现损坏)。
[0005]晶圆级封装是指直接在硅晶圆上进行大部分或是全部的封装测试程序后，再进行切割制成单颗晶片，晶片不通过有机基板，而是直接在晶片上进行IC焊垫重新布局，然后焊接上锡球，以形成焊锡凸块。由于封装后的晶片尺吋与裸晶片几乎一致，故称为晶圆级晶片尺吋封装(wafer level chip scale package；简称WLCSP)。然而，由于硅晶片和电路板的膨胀系数差距过大，作为两者间的连接体的焊点(焊锡凸块)需能承受电子元件本身或环境出现温度变化时所带来的热应力，此外，因晶圆级封装多运用在有轻薄短小的行动装置上，故焊点(焊锡凸块)也需具有承受高机械冲击的能力。
[0006]现有的锡合金是以合金强度及冷热循环可靠度为主要特性诉求。然而，在追求提升合金强度及冷热循环可靠度同时，往往会使锡合金具有较低的延展性，导致锡合金具备较差的机械冲击可靠度。
[0007]因此，如何找到一种能制备用于球栅阵列(BGA)封装的锡球的锡合金，且该锡合金经焊接后所得的结构(例如焊锡凸块)会具备优异的机械冲击可靠度，同时拥有良好的焊接性、延展性、抗氧化能力及冷热循环可靠度，成为目前致力研究的目标。

技术实现思路

[0008]因此，本专利技术的第一目的，即在提供一种无铅无铜锡合金。该无铅无铜锡合金能制成用于球栅阵列(BGA)封装的锡球，且该无铅无铜锡合金经焊接后所得的结构(例如焊锡凸块)会具备优异的机械冲击可靠度，同时拥有良好的焊接性、延展性、抗氧化能力及冷热循
环可靠度。
[0009]于是，本专利技术无铅无铜锡合金，以该无铅无铜锡合金的总重为100wt％计，包含：
[0010]0.01～3.0wt％的银；
[0011]0.01～5.0wt％的铋；
[0012]0～2.0wt％的锑；
[0013]0.005～0.1wt％的镍；
[0014]0.005～0.02wt％的锗；及
[0015]余量的锡。
[0016]因此，本专利技术的第二目的，即在提供一种用于球栅阵列封装的锡球。
[0017]于是，本专利技术用于球栅阵列封装的锡球，是由前述的无铅无铜锡合金所制成。
[0018]本专利技术的功效在于：由于本专利技术的无铅无铜锡合金同时包含0.01～3.0wt％的银、0.01～5.0wt％的铋、0～2.0wt％的锑、0.005～0.1wt％的镍、0.005～0.02wt％的锗及余量的锡。因此，本专利技术的无铅无铜锡合金能制成用于球栅阵列(BGA)封装的锡球，且该无铅无铜锡合金经焊接后所得的结构(例如焊锡凸块)会具备优异的机械冲击可靠度，同时拥有良好的焊接性、延展性、抗氧化能力及冷热循环可靠度。
[0019]以下将就本
技术实现思路
进行详细说明：
[0020]本专利技术的无铅无铜锡合金，以该无铅无铜锡合金的总重为100wt％计，包含0.01～3.0wt％的银、0.01～5.0wt％的铋、0～2.0wt％的锑、0.005～0.1wt％的镍、0.005～0.02wt％的锗，及余量的锡。
[0021]需先说明的是，本专利技术的无铅无铜锡合金实质上不包含铅(Pb)及不包含铜(Cu)。前述实质上不包含铅及不包含铜是指原则上只要非蓄意在锡合金中添加铅及铜者(例如于制造过程中无意但不可避免的杂质或接触)，因此，基于本专利技术主旨即可被视为实质上不包含铅及铜，或可视为无铅无铜。wt％指的是重量百分比，本文中的wt％同指重量百分比。另外，本专利技术及专利范围所述的数值范围的限定总是包括端值。
[0022]此外，“余量的锡”的用语为了避免误解，不应被理解为排除其它于制造过程中无意但不可避免的杂质。因此，若假设杂质存在时，“余量的锡”应被理解为补足该无铅无铜锡合金至100wt％的重量百分比例且是由锡加上不可避免的杂质所组成。
[0023]较佳地，该无铅无铜锡合金包含1.5～2.5wt％的银。更佳地，该无铅无铜锡合金包含1.75～2.25wt％的银。
[0024]较佳地，该无铅无铜锡合金包含2～3wt％的铋。更佳地，该无铅无铜锡合金包含2.25～2.75wt％的铋。
[0025]较佳地，该无铅无铜锡合金包含0.5～1.5wt％的锑。更佳地，该无铅无铜锡合金包含0.75～1.25wt％的锑。
[0026]较佳地，该无铅无铜锡合金包含0.045～0.055wt％的镍。更佳地，该无铅无铜锡合金包含0.0475～0.0525wt％的镍。
[0027]较佳地，该无铅无铜锡合金包含0.005～0.015wt％的锗。更佳地，该无铅无铜锡合金包含0.0075～0.0125wt％的锗。
[0028]较佳地，铋和锑的总重为1.0～4.5wt％。又较佳地，铋和锑的总重为3.0～4.0wt％。更佳地，铋和锑的总重为3.0～3.75wt％。又更佳地，铋和锑的总重为3.25～
3.75wt％。
附图说明
[0029]图1是一相片，说明比较例1所形成双球不良焊点的切片。
[0030]图2是一相片，说明实施例1所形成正常焊点的切片。
[0031]图3是一相片，说明比较例1所形成焊点的染墨面积超过断面面积的50％的观察结果。
[0032]图4是一相片，说明实施例1所形成焊点的染墨面积未超过断面面积的50％的观察结果。
具体实施方式
[0033]<实施例1～11与比较例1～9>
[0034]制备无铅无铜锡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无铅无铜锡合金，其特征在于，以该无铅无铜锡合金的总重为100wt％计，包含：0.01～3.0wt％的银；0.01～5.0wt％的铋；0～2.0wt％的锑；0.005～0.1wt％的镍；0.005～0.02wt％的锗；及余量的锡。2.如权利要求1所述的无铅无铜锡合金，其特征在于，该无铅无铜锡合金包含1.5～2.5wt％的银。3.如权利要求1所述的无铅无铜锡合金，其特征在于，该无铅无铜锡合金包含2.0～3.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峻瑜，李志祥，潘思辰，李文和，
申请(专利权)人：昇贸科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：