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研究生:何懿行
研究生(外文):Yi-hsing Ho
論文名稱:無助銲劑錫金銲料構裝雷射晶粒介面微結構與推力之研究
論文名稱(外文):The Study of Microstructure and Joint Strength for Fluxless AuSn Solders in Laser Diode Package
指導教授:鄭木海
指導教授(外文):Wood-Hi Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:光電工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:銲錫推力錫金銲料
外文關鍵詞:packageAuSn
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本論文係探討無助銲劑錫金銲料構裝雷射晶粒之推力與介面微結構,雷射晶粒為InP材料,次載具為鍍金矽,銲料則為無助銲劑之錫金(AuSn)。改變晶粒黏著機之參數,如銲接溫度、銲接壓力、時間等因素,找出最佳銲接參數使得接合強度能夠提升。將構裝試片置於高溫老化爐內進行0、1、4、9、16、25、36、49、64天之老化實驗,再觀察其剪向推力與介面微結構之變化。在可靠度測試方面,將銲接1550nm之真實雷射晶粒置於溫度循環機台,在-20°C-100°C溫度循環測試條件下,以每100次循環為單位量測其光功率與循環次數之關係。
實驗結果0天之推力為195g,而64天之推力為125g,根據美國陸軍規範“MIL-STD-883E METHOD 2019.7”,對應其雷射面積,合理推力值應為93g。介面微結構觀察結果,發現隨著老化時間的增加,孔洞會成長,裂痕會擴張,甚至界金屬化合物(IMC)的出現,這些因素都直接影響了接合強度。最後,在可靠度測試方面,我們也成功完成銲接1550nm之半導體雷射,並且能正常工作。
The joint strength and microsturcture for fluxless AuSn solders in packaging of InP substrate onto Si submount after thermal-aging testing were studied experimentally. Specimens were aged at 150°C for up to 64days. The joint strength decreased as aging time increased. Under the 64days aging,the bonding strength of AuSn solders decreased from 195g to 125g. This matches to the “MIL-STD-METHOD 2019.7” which is the minimum bonding strength of 93g.
The microstructure of the AuSn solders joint showed the joint strength decrease was caused by the enlargement of the initial voids and an increase in the thickness of intermetallic compound(IMC). The effect of temperature cycle testing on the power variation of 1550nm laser chips using fluxless AuSn solders in laser diode packages was also studied. The temperature cycle testing was from -20°C to +100°C within a cycle of 110 minutes. It was shown that the 1550nm laser diodes operated in the stable condition up to 300 cylces.
內容目錄
頁次
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
致謝 Ⅲ
內容目錄 Ⅴ
圖表目錄 Ⅷ
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 論文架構 4
第二章 無助銲劑錫金銲料之實驗設計 5
2.1 實驗架構 5
2.2 材料備置 7
2.2-1 雷射晶粒及次載具 7
2.2-2 銲料 8
2.3 實驗設備及方法 11
2.3-1 助銲 11
2.3-2 晶粒黏著機台 14
2.3-3 銲接製程 18
2.3-4 參數設定 23
第三章 實驗分析方法 25
3.1 錫銲性 25
3.2 老化條件 27
3.3 剪向推力測試 28
3.4 光學顯微鏡 31
3.5 金相分析 32
3.6 掃描式電子顯微鏡及能量散射光譜分析儀 33
3.6-1 二次電子 33
3.6-2 反射電子 34
3.6-3 能量散射光譜分析儀 34
3.7 實驗流程 36
第四章 實驗結果與分析 37
4.1 剪向推力結果及分析 37
4.2 破裂面之微組織分析 39
4.3 銲錫剖面微組織分析 48
4.3-1 界金屬化合物之成長 48
4.3-2 微結構之分析 49
4.4 真實雷射銲接及溫度循環結果 54
4.4-1 1550nm雷射銲接 54
4.4-2 溫度循環實驗 54
第五章 結論與未來工作 58
5.1 結論 58
5.2 未來工作 58
參考資料 60


















圖表目錄
頁次
圖2.1 蝶式雷射模組內部構裝圖 5
圖2.2 試片大小 7
圖2.3 銲接完成圖 8
圖2.4 錫金銲料尺寸大小 8
表2.1 錫金特性表 9
圖2.5 錫金銲料二元相圖 10
圖2.6 Die Bonder機台 15
圖2.7 真空吸嘴 15
圖2.8 雙向式CCD鏡頭 16
表2.9 加熱平台 16
表2.10 氣壓式移動平台 17
圖2.11 氮氣導入口 17
圖2.12 主程式畫面1 18
圖2.13 主程式畫面2 19
圖2.14 主程式畫面 19
圖2.15 氣壓搖桿 20
圖2.16 影像擷取 20
圖2.17 銲接完成試片 21
表2.2 銲接參數表 24
表3.1 接觸角與產品需求 26
圖3.1 剪向推力測試之機構 29
圖3.2 推頭設計側面圖 30
圖3.3 推頭圖 30
圖3.4 CCD推力實驗影像擷取 31
表4.1 推力值與老化天數 37
圖4.1 剪向推力與老化時間趨勢圖 38
表4.2 錫與金材料特性比較 39
圖4.2 破裂面 40
表4.2 破裂面成分分析第3點 41
表4.3 破裂面成分分析第1點 41
表4.4 破裂面成分分析第2點 41
圖4.3 破裂面結構示意圖 42
圖4.4 0天破裂面 43
圖4.5 64天破裂面 43
圖4.6 0天破裂面放大3000倍 44
圖4.7 64天破裂面放大3000倍 44
表4.5 0天破裂面成份定量分析第1點 45
表4.6 0天破裂面成份定量分析第2點 46
表4.7 64天破裂面成分定量分析第1點 47
圖4.8 0天SEI介面微結構 50
表4.8 0天定量成分分析第1點 51
圖4.9 64天介面微結構 52
表4.10 64天定量成分分析 53
圖4.10 雷射L-I CURVE 54
圖4.11 溫度循環機台 55
圖4.12 溫度循環示意圖 55
圖4.13 溫度循環後L-I CURVE 56
圖4.14 功率與電流曲線 57
參考文獻
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Technical Journal , 5 June,pp.45-49 (2000).
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