[发明专利]无铅无铜锡合金与用于球栅阵列封装的锡球

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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 ofthermal 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)。

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。

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。

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。

发明内容

因此，本发明的第一目的，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。

于是，本发明无铅无铜锡合金，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。

因此，本发明的第二目的，即在提供一种用于球栅阵列封装的锡球。