無鉛銲錫球冷接點研究許宏達、林子彬、李世文、李俊哲/日月光半導體製造股份有限公司此篇文章主要是探討發生在表面黏著製程(SMTprocess)中無鉛銲錫球與印刷電路板(PCB)上銲墊(bondpad)間之冷接點(coldjoint)現象。並包含XPS(X-rayPhotoelectronSpectroscopy，X光光電子能譜術)之介紹以及利用XPS分析氧化錫層。錫之氧化層深度決定於從銲錫球表面所測得氧、錫或錫離子(Sn+4或Sn+2)在不同深度下之含量變化而得知。銲錫球表面之顏色變化可以說與氧化錫層的深度有關。此篇研究提供了關於監視與控制SMT製程中，銲錫球與印刷電路板銲墊間冷接點現象之方向。含鉛銲錫已經在電子構裝工業界使用多年，至於為何業界多傾向於使用含鉛銲錫，原因在於與其他合金相比時，含鉛銲錫不僅相對便宜，更可在不同製程條件下展現較高之可靠性。不僅如此，含鉛銲錫也擁有諸如低熔點、較高強度與韌性、高抗潛變性、高耐熱循環性、高電性傳導與優良的銲點完整性。不過，在環境與人體健康之考量下，來自全球各地法規限制之壓力也增加了設定工業界無鉛材料與製程實用化與整合時間表之壓力。含有較高錫含量之無鉛銲錫球表面較容易氧化並在表面形成錫氧化層，該錫氧化層將導致無鉛銲錫球之表面顏色從銀色變成黃或黃褐色；當該氧化層增加到一特定程度時，在表面黏著製程中銲錫球與PCB上銲墊之界面間將可能會發生冷接點現象。此研究就是要利用XPS之縱深成分分析(depthprofileanalysis)來探討冷接點現象與錫氧化層間之關係。XPS原理介紹XPS之表面分析是藉由X光射線在試片表面聚集照射並分析受測電子之能量。X光光源通常是使用單色器(monochromator)鋁(AlKα，1486.7eV)光束。這些光子(photon)與表面區域之原子作用反應，藉由光電效應(photoelectriceffect)導致電子被激發(emitted)出來而產生光電子(photoelectron)。這些被激發出來的電子能量可以藉由以下式子加以計算量測出來：HYPERLINK"http://www.apa.com.tw/atcl/11448/APA06032401.jpg"\t"_blank"[]其中hυ是光子之能量，BE(bindingenergy)是電子被激發出來原子軌道之束縛能，而ψs是光譜計之工作函數(workfunction)。束縛能可以被視為是光電子離開原子之前與之後的能量差。除了光電子在光電效應過程中被激發出來之外，歐傑電子(Augerelectrons)也因為經過光電發射(photoemission)後而被激發出來。在過程中，當外層電子進入到內層軌道空隙時，另一個電子也同時獲得額外能量而被激發出來，此被激發出來的電子即為歐傑電子。因此，光之離子化(photo-ionization)正常將產生2個激發電子：光電子與歐傑電子。電子被激發之動能(kineticenergies)總合不能超過離子化光子之能量(圖一)。HYPERLINK"http://www.apa.com.tw/atcl/11448/APA06032402.jpg"\t"_blank"[圖一：光電子在光電效應過程中被激發出來]XPS之功能X光光源及能量：AlKα：1486.7eV。XPS之功能在於，能精確的分析試片表面深度小於50A之化學態及元素種類、離子槍(iongun)之操作使用時可以持續進行縱深成分分析、FloodGun之操作使用時可以降低試片電荷蓄積效應(chargeeffect)以改善分析絕緣體時所造成訊號峰朝高束縛能方向偏移的現象。分析元素，從元素3Li到92U(XPS之限制)。其無法做小範圍分析，勘測掃描點面積的極限(thelimitationinspotsize)為15mm，而其原因在於X光射線較難聚焦。實驗方法與步驟打開氬氣閥(Argonvalve)，將試片放入預備室(pre-chamber)後必須在預備室內清洗管路至少3次；慢慢打開GAS閥，等10秒後再關起來；接下來打開ROUGHING閥，等待30秒後將之關閉。此兩步驟重複5次。最後將GAS閥打開，但必須注意此時ROUGHING閥為關閉的。必須注意的是，在清洗管路時Transfer是不能打開的。接著關閉SublimationPump，將試片放到主chamber，再將離子槍設定好。依序將Filament、HV、ExtractorHigh及PumpIonGun打開，暖機至少30分鐘。慢慢將IONGUN之氬氣閥打開，等壓力達到7E-8數值時便停止轉動閥門。設定離子能量(IonEnergy)為3keV，之後按下IonEtch及SEM。再來依序按下IonGunEtchControl控制鍵。此一同時，可以看到螢幕上有離子影像(ion