臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用暫態液相鍵合技術，以鋁鍺錫薄膜為基底，提出一可應用於低溫覆晶封裝之電極薄膜。利用熱蒸鍍方法依序於玻璃基板上沉積鋁鍺、錫薄膜。再將試片放置於真空環境中進行熱壓合。實驗中採用不同鋁鍺與錫的薄膜厚度比分別為TAlGe：TSn =1：1、2：1、3：1，在280~350oC下進行熱壓合。經過剪力測試及SEM、EDS、XRD分析後，找出最佳參數並進行圖形化製作，再進行LED覆晶封裝與電性量測。結果顯示，鋁鍺錫薄膜經過350oC熱壓合後，表面結構呈現樹枝狀結構且為三相分離。薄膜厚度比為TAlGe：TSn=2:1之樣品於300oC、350oC與TAlGe：TSn=3:1之樣品於350oC熱壓合1小時，有最佳之剪力。經XRD分析後，主繞射峰為Sn(200)且Ge(111)之相對強度為0.4~0.6間，Al(111)相對強度則為0.1~0.2間。在LED覆晶封裝方面，在操作電流20mA下，順向導通偏壓為4.49V，增加厚度至約4.5μm，順向導通電壓下降4.7%。

In this study, the films are proposed that can be apply for low-temperature flip chip package by transient liquid phase bonding as AlGeSn-base. The AlGe/Sn films are deposited by thermal evaporation. And then the sample is placed in the vacuum environment for thermocompression bonding. In this experiment, use to the different film thickness ratio of AlGe and Sn for 280oC~350oC bonding, TAlGe:TSn=1:1, 2:1, 3:1, respectively. To find the best parameters, graphically produced, LED flip chip package and electrical measurements, after shear stress testing, SEM, EDS, and XRD analysis. The results show, the AlGeSn film will have the dendritic structure on the surface and phase separation after bonding at 350oC. TAlGe:TSn= 2:1 after bond at 300oC and 350oC, TAlGe:TSn=3:1 after bond at 350oC for 60min with the best of the shear strength. The XRD analysis, the main diffraction peak is Sn(200), the relative intensity of Ge(111) is between 0.4 to 0.6,and Al(111) is between 0.1 to 0.2. In LED flip chip package, it have the high forward voltage for 4.49V, and increase the thickness to about 4.5μm, the forward voltage drop of 4.7% under 20mA.

中文摘要 …………………………………………………………... i
Abstract …………………………………………………………... ii
誌謝 …………………………………………………………... iv
目錄 …………………………………………………………... v
表目錄 …………………………………………………………... viii
圖目錄 …………………………………………………………... ix
第一章 緒論…………………………………………………....... 1
1.1 前言……………………………………………………... 1
1.2 覆晶封裝技術現況……………………………………... 3
1.3 研究動機………………………………………………... 5
第二章 理論與量測設備介紹…………………………………... 12
2.1 暫態液相鍵合…………………………………………... 12
2.2 LED覆晶封裝技術……………………………………... 13
2.3 材料特性………………………………………………... 15
2.4 分析儀器簡介…………………………………………... 17
2.4.1 熱蒸鍍系統簡介………………………………………... 17
2.4.2 剪力量測………………………………………………... 18
2.4.3 掃描式電子顯微鏡……………………………………... 18
2.4.4 能量散佈分析儀………………………………………... 20
2.4.5 X光繞射儀……………………………………………... 21
第三章 實驗方法………………………………………………... 31
3.1 實驗流程………………………………………………... 31
3.2 試片製作………………………………………………... 31
3.3 熱壓合…………………………………………………... 34
3.4 LED覆晶封裝與電性量測……………………………... 35
第四章 結果與討論……………………………………………... 41
4.1 剪力分析………………………………………………... 42
4.2 SEM與EDS分析…………………………………….... 45
4.2.1 鋁鍺薄膜結構…………………………………………... 45
4.2.2 鋁鍺錫薄膜結構………………………………………... 46
4.3 XRD分析……………………………………………….. 48
4.4 LED覆晶封裝之電性分析…………………………….. 50
第五章 結論……………………………………………………... 82
參考文獻 …………………………………………………………... 84
附錄一 …………………………………………………………... 86
附錄二 …………………………………………………………... 88
英文論文大綱
簡歷



 
表目錄
表1.1 各光源發光效率與壽命………………………………... 7
表1.2 傳統路燈與LED路燈的特性比較................................. 7
表2.1 暫態液相接合與固液交互擴散接合之特性................... 22
表2.2 X光儀使用條件及用途……………................................ 22
表4.1 頂部基板大小為5m×5m之鋁鍺錫薄膜各參數下之平均剪力強度………………………................................. 51
表4.2 頂部基板大小為5m×5m之鋁鍺錫金薄膜各參數下之平均剪力強度……………………................................. 51
表4.3 鋁鍺薄膜鍍於頂部基板大小為1m×1m的藍寶石經過430oC熱壓合10~40min後之平均剪力強度.................. 52
表4.4 鋁鍺錫薄膜不同熱壓合參數之平均剪力強度............... 52
表4.5 TAlGe:TSn=2:1經過300oC熱壓合40min~60min之平均剪力強度……………………………............................... 53


 
圖目錄
圖1.1 未來LED照明應用需求分析…….................................. 8
圖1.2 全球白熾燈禁用時間表…………................................... 8
圖1.3 LED照明的未來市場發展………................................... 9
圖1.4 C4塑膠載板覆晶構裝接合雙球結構示意圖.................. 9
圖1.5 銅柱凸塊製程示意圖……………................................... 10
圖1.6 垂直式氮化鎵LED結構圖………................................. 11
圖2.1 暫態液相接合過程圖……………................................... 23
圖2.2 傳統型氮化鎵之LED結構………................................. 24
圖2.3 LED覆晶封裝之結構……………................................... 24
圖2.4 本研究所採用之LED chip………………….................. 25
圖2.5 鋁-鍺二元相圖…………………….................................. 25
圖2.6 鋁-錫二元相圖…………………….................................. 26
圖2.7 鍺-錫二元相圖…………………….................................. 26
圖2.8 熱阻式蒸鍍示意圖…………………............................... 27
圖2.9 本研究使用之推力計……………................................... 27
圖2.10 一般掃描式電子顯微鏡的構造……………................... 28
圖2.11 能量分散光譜儀構造示意圖……................................... 28
圖2.12 布拉格繞射定律…………………................................... 29
圖2.13 X光繞射儀基本結構示意圖…….................................... 29
圖2.14 勞厄法示意圖……………………................................... 30
圖2.15 X光光譜分析儀基本架構示意圖.................................... 30
圖3.1 實驗流程架構圖…………………................................... 36
圖3.2 本研究之試片結構示意圖………................................... 37
圖3.3 單顆覆晶封裝之電路圖…………................................... 37
圖3.4 旋轉塗佈光阻示意圖………………………................... 38
圖3.5 熱壓合架構圖……………………................................... 38
圖3.6 加熱座構造及壓合樣品示意圖…................................... 39
圖3.7 熱壓合實驗流程圖………………................................... 40
圖4.1 鋁鍺薄膜在熱壓合430oC下經過剪力測試後之樣品表面…………………………………................................... 54
圖4.2 鋁鍺錫薄膜不同熱壓合參數之平均剪力強度............... 55
圖4.3 鋁鍺錫薄膜300oC熱壓合之平均剪應力強度................ 55
圖4.4 鋁鍺共蒸鍍薄膜未處理之表面SEM圖…….................. 56
圖4.5 鋁鍺共蒸鍍薄膜未處理之EDS分析............................... 57
圖4.6 鋁鍺共蒸鍍薄膜未經過處理之側面EDS分析............... 58
圖4.7 鋁鍺共蒸薄膜經過430oC熱壓合30分鐘後之SEM圖與EDS分析………………………................................... 59
圖4.8 TAlGe：TSn =1：1之鋁鍺/錫薄膜經過300oC熱壓合1小時之表面圖與EDS分析………................................. 60
圖4.9 TAlGe：TSn =1：1之鋁鍺/錫薄膜經過300oC熱壓合1小時之SEM圖……………………................................. 61
圖4.10 TAlGe：TSn =1：1之鋁鍺/錫薄膜經過320oC熱壓合1小時之SEM圖………………………………................. 62
圖4.11 TAlGe：TSn =1：1之鋁鍺/錫薄膜經過350oC熱壓合1小時之SEM圖……………………................................. 63
圖4.12 TAlGe：TSn =2：1之鋁鍺/錫薄膜經過280oC熱壓合1小時之SEM圖……………………................................. 64
圖4.13 TAlGe：TSn =2：1之鋁鍺/錫薄膜經過300oC熱壓合1小時之SEM圖……………………................................. 65
圖4.14 TAlGe：TSn =2：1之鋁鍺/錫薄膜經過320oC熱壓合1小時之SEM圖……………………................................. 66
圖4.15 TAlGe：TSn =2：1之鋁鍺/錫薄膜經過350oC熱壓合1小時之SEM圖……………………................................. 67
圖4.16 TAlGe：TSn =3：1之鋁鍺/錫薄膜經過280oC熱壓合1小時之SEM圖………………………………................. 68
圖4.17 TAlGe：TSn =3：1之鋁鍺/錫薄膜經過300oC熱壓合1小時之SEM圖…………………..................................... 69
圖4.18 TAlGe：TSn =3：1之鋁鍺/錫薄膜經過320oC熱壓合1小時之SEM圖…………………................................. 70
圖4.19 TAlGe：TSn =3：1之鋁鍺/錫薄膜經過350oC熱壓合1小時之SEM圖……………………................................. 71
圖4.20 TAlGe：TSn =2：1之鋁鍺/錫薄膜經過320oC熱壓合1小時之表面EDS分析圖……………………................. 72
圖4.21 TAlGe：TSn =1：1之鋁鍺/錫薄膜經過350oC熱壓合1小時之表面EDS…………………................................... 73
圖4.22 TAlGe：TSn =2：1之鋁鍺/錫薄膜經過300oC熱壓合1小時之側面圖……………………................................... 74
圖4.23 鋁鍺共蒸鍍薄膜未經過處理之XRD分析...................... 75
圖4.24 錫薄膜未經過處理之XRD分析…................................. 75
圖4.25 鋁鍺錫薄膜未經過處理之XRD分析.............................. 76
圖4.26 TAlGe：TSn=1：1之鋁鍺錫薄膜，經過300oC熱壓合1小時之XRD分析……………………………................. 76
圖4.27 TAlGe：TSn=1：1之鋁鍺錫薄膜，經過320oC熱壓合1小時之XRD分析………………..................................... 77
圖4.28 TAlGe：TSn=1：1之鋁鍺錫薄膜，經過350oC熱壓合1小時之XRD分析…………………................................. 77
圖4.29 TAlGe：TSn=2：1之鋁鍺錫薄膜，經過300oC熱壓合40min之XRD分析………………………................................. 78
圖4.30 TAlGe：TSn=2：1之鋁鍺錫薄膜，經過280oC熱壓合1小時之XRD分析……………………………................. 78
圖4.31 TAlGe：TSn=2：1之鋁鍺錫薄膜，經過300oC熱壓合1小時之XRD分析…………………................................. 79
圖4.32 TAlGe：TSn=2：1之鋁鍺錫薄膜，經過320oC熱壓合1小時之XRD分析…………………................................. 79
圖4.33 TAlGe：TSn=2：1之鋁鍺錫薄膜，經過350oC熱壓合1小時之XRD分析…………………………...................... 80
圖4.34 TAlGe：TSn=3：1之鋁鍺錫薄膜，經過350oC熱壓合1小時之XRD分析…………………………...................... 80
圖4.35 鋁鍺錫薄膜應用於LED覆晶封裝之I-V曲線................ 81

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