(11−11) はんだ添加成分の影響
これまでいくつかのはんだ添加成分(Sn以外の成分)の界面反応への影響についてはある程度触れてきたが、詳しく触れることの
できなかったものを含めまとめて紹介する。
(11−11−2) インジウムInの影響
Au−In2元状態図
Cu−In2元状態図
Ni−In2元状態図
界面反応ではInはSnを置換しNi3(Sn,In)4、Cu6(Sn,In)5を形成、AuとはAuIn2を形成し、Auが厚いと
界面に層状にとどまるとする場合が多い。CuとはCuIn2を形成する場合もある。
(A) 共晶In−Snの界面反応
Koo
電解E-NG:7μmNi/0.7μmAu、無電解ENIG::5μmNi-P/0.15μmAu、置換Ag、OSP
はんだバルク:β(In3Sn)、γ(InSn4)
界面のIMCは電解Ni/AuはAuIn2、無電解5Ni/0.15置換AuはNi3(Sn,In)4、OSPはCu6(Sn,In)5、
置換Agは若干Agで置換されたCu6(Sn,In)5、Cu(In,Sn)2。
窒素雰囲気でボンディング、150℃x100秒。
IMC-1:(Cu,Ag)6(Sn,In)5、IMC-2::(Cu,Ag)(In,Sn)2
InSnとCu Chuang
RomingらはCuの溶融In−50Snへのディップ後の60−110℃のエージングでCu2(Sn,In)とCu2In3Snの2層、
ViancoらはCu/より厚いCu26Sn13In8/薄いCu17Sn9In24/はんだの2層構造を確認。
FreerらはCu2In3Sn、Cu2(Sn,In)の2層。
この実験では300−400℃はIn置換のεCu3(Sn,In)とηCu6(Sn,In)5、250℃以下はIn置換のη
高温
200℃での溶融Sn−52Inとの反応 Cu、Ni、Pt、Ti、Nb、V
SEM images of IMCs features and distributions: (a) Cu/In-Sn couple after 2 h; (b) Ni/In-Sn couple after 24 h;
(c) Pt/In-Sn couple after 3 weeks; (d) Ti/In-Sn couple after 96 h; (e) V/In-Sn couple after 12 days;
and (f) Nb/In-Sn couple after 3 months.
Plot of Tm versus the lifetime of a 1 μm thick layer. Note that the vertical
axis is on the logarithmic scale
and the R value is the coefficient of correlation for the linear data fitting.
Yan
In−48Snを無電解3Ni/0.2Auと0.2Ti/2Au
Tiの反応層は見えない。
韓国弘益大のChoiら48Sn−52InバンプとTi(0.1μm)/Cu(1.5μm)/Au(0.1μm)のUBMの150℃、1分のリフロー
による接合ではCu層はほとんどIMC化するという。
(B) Sn−20In−X
Jain 国立台湾大 Sn−In−Ag Sn−20In−2.8Ag BGAとAg/Cu
0.2ImAg
界面は(Cu,Ag)6(In,Sn)5、100℃ノエージングで成長はみられなかったが
150℃では成長は加速され帆立貝殻状IMCがはんだ中に浮遊。
Cheng
Sn−20In−2Ag−0.5CuとSAC387の比較、表面処理は電解Ni/0.7μmAu
IM1a:(Cu0.70Ni0.28Au0.02)6Sn5、IM2a:(Cu0.70Ni0.14Au0.16)6Sn5
エージングでAuが多く、Niの少ないCu6Sn5が上に生成し2層となり上のAuの多いIMCは剥離。
*spallingはIM2aの間違い
Sn−20In−2Ag−0.5Cuでは最初(Cu,Ni)6(Sn,In)5、更なるエージングで下から(Ni,Cu)(Sn,In)2生成。
SAC387はすべて靭性破壊だがSn−20In−2Ag−0.5Cuは(Ni,Cu)(Sn,In)2層での脆性破壊へ遷移。
Wu
Sn−20In−2.8AgとCu/Ni/Au(詳細不明)
Sn−In−Cu
Φ0.4mmのボールSn−20In−0.8Cuと電解Ni(5)/Au(0.5)
界面のIM1PはCu6(Sn,In)5+Ni3(Sn,In)4でバルクのIM2PはAuSn2を置換した(Au,Cu)(In,Sn)2であるとする
Chuang
Ni/0.7Au
Chuang 国立台湾大
Sn−20In−2.8Ag(176−188℃)とNi基体
界面IMCはNi3(Sn0.99In0.01)4
Yeh
Sn−10In−2.8Agは完全なγ相、15%以上では
γマトリクスにInリッチ相。
Sn−In−Cu Chiang国立台湾大 Chuang
Sn−20In−0.8Cu(168−185℃) BGAとAu/Ni/Cuパッド
バルクにはCu6(Sn,In)5、界面に帆立貝殻状のCu6(Sn,In)5とNi3(Sn,In)4混交体
バルクには(Au,Sn)(In,Sn)2も存在。
115℃、750hのエージングでNiと前記混合体の間に(Ni,Cu)3(Sn,In)2が形成される。
Sn−20In−2Ag−0.5Cu
電解Ni(10)/Au(0.7)
Sn−20In−2Ag−0.5Cuで液相線と固相線が166−179℃
(C) Sn−Ag(−Cu)+In
In sharif Cuと
Sharif In 電解Niと無電解Ni(16P)、Auは0.5μm
Sn−9In−3.5Ag−0.5Cu
SEBO チェコ Sn−3.5Ag−xIn
Cu6Sn5 Ag3(In,Sn) 近くにAg3In Ag3Sn
韓国先端科学技術研究所のチョイらによるとCu、In、Ni
Choi X=Cu,In,Ni
無電解Ni/0.6μm蒸着Au、Sn−3.5Ag−X
Sn−3.5Ag−6.5Inでは界面近くのはんだにγAgInとAu−In相が存在。
IMC層は多より厚い。
接合のIMCはSn,Ni,InよりなるNi3Sn4に近い組成。
Sn−3.5Ag−1.0CuとSn−3.5Ag−1.5Cuでは大きな棒状のAg3Snが
界面近くに形成。ηCu6Sn5が界面近くに偏析。
Sn−3.5Ag−0.5Ni界面近くにNi3Sn4が見られる。
IMC層は非常に薄く、Ni3Sn4。
Sn−3.5Ag−6.5InのIMC成長が一番速い。
Sn−3.5Ag−0.5Niが一番遅い。
Sn−3.5Ag−1.5Cuでは界面近くのCu6Sn5が界面のIMCと結合。
Sn−3.5Ag−6.5Inのせん断強度が他より低い。
Wang
中国科学院の王らによると
スパッタTiW(0.05)/Cu(0.2)→電解Cu(5)、Sn−Ag(40)、In(4−5)
リフローは260℃、30分
IMC3:Ag2In IMC2:Cu6(Sn,In)5 IMC1:Cu3(Sn,In)
(D) Inと各種基体
In Liu 台湾 液体InとAg
In Ni Tseng 液体In
Ni10In27 300℃以下
Ni2In3
In Au Liu 液体In AuIn2
In Ag Wang
電解めっきでIn/Agを形成、,常温での変化
InとAu/CuあるいはAu/Ni/Cu
Au、Niは電解めっき、Auは0.4−0.5μm。リフローは470K、60秒。
Cu11In9とIn27Ni10がそれぞれ形成。
InとCu Yu 国立台湾大
液体In、高温ではCu16In9 400℃、120秒ではCu11In9とCuIn
山中
125℃、1303h
φ125μm、厚み25μmのCuバンプ。
(E) ZnとInの競合
Chen
Sn−20In−xZnとAg、Niで230℃
Ag
Zn<0.7 はんだ/ζAg−Sn/Ag
Zn=5 Ag−Zn ε、γ、ζ AgZn3/Ag5Zn8/AgZn/Ag
Ni
Zn<1 Ni3Sn4/Ni
>2.0 γNi5Zn21/Ni3Sn4/Ni
中国
Sn−8Zn−20In
156〜171℃
Sn−In−Zn Suh
In−46Sn−1.5Zn Tm≒108℃ 固溶体
Bi−51In−Zn 110−120℃でリフロー。