臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究動機是參考DLC的概念應用於LED的覆晶封裝上，嘗試在鋁基底部濺鍍沉積上碳化矽來探討對鋁基金錫共晶接合結構上的影響。因為鋁無法進行電鍍等製程，因此將鋁表面先進行鋅置換與無電鍍鎳後，再以電鍍製備金錫堆疊層。在實驗過程中發現到，因碳化矽與鋁的熱膨脹系數差距過大，所以導致在進行熱壓合時，經過升、降溫後，會有薄膜剝離的狀況，使得元件的可靠度降低。後再參考以碳化矽作為基材的LED結構，嘗試在碳化矽上方先濺鍍沉積一層薄氮化鋁再濺鍍沉積鋁薄膜，因為碳化矽與氮化鋁不但熱膨脹係數接近，晶格常數也相當接近，而鋁與氮化鋁的晶格也較為匹配，並由實驗印證，薄膜附著力得以提升，剝離的狀況已大幅的改善，故將以此結構去探討對金錫共晶溫度與剪應力的關係，並找出最佳的共晶溫度，去做SEM、EDX、XRD分析，確認較佳的合金相，再將此參數以黃光微影方式開出圖形，並以LED作覆晶封裝，進行電性量測分析。

In this study, the motivation is for the reference of DLC structure, silicon carbide deposited before aluminum film to discussing its effect of the Al-Base AuSn eutectic bonding joint structure. Because Al surface can’t electroplate direct, so first used Zn replaced the surface of Al, and deposited Ni by electroless Nickel. Then the Au/Sn stack-layer were electroplated on the metal. In the experiment ,we can observe the film will pilling after the thermal bonding process. According to the literature, this may be attributed to the Coefficient of thermal expansion different too large. We refer to the LED structure of using SiC-base, deposited the thin AlN film after deposited SiC film. Because the lattice constant and Coefficient of thermal expansion of SiC and AlN is nearly, then the lattice constant of Al and AlN also near match. After the experiment, the film adhesion of new structure is better than the old, film not pilling after bonding process. So this study using the metal sub-layer to explore the Au/Sn better alloy temperature on the Al-base. Structural characterizations were performed by SEM, EDX, and XRD. Finally, the lithography was utilized on glass substrates, after stack-layer completed, combined the LED by flip-chip to measure and analysis Electrical characteristics.

摘要 ……………………………………………………………………… i
Abstract…………………………………………………………… ii
致謝 ………………………………………………………………… 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 發光二極體的發展……………………………………… 3
1.3 發光二極體封裝技術…………………………………… 5
1.4 金錫共晶………………………………………………… 8
1.5 碳化矽…………………………………………………… 11
1.6 研究動機………………………………………………… 13
第二章 製程與相關儀器設備介紹……………………………… 14
2.1 濺鍍機製程系統………………………………………… 14
2.2 鋅置換與無電鍍鎳製程………………………………… 18
2.3 電鍍製程………………………………………………… 21
2.4 熱壓合製程……………………………………………… 23
2.5 黃光微影製程…………………………………………… 24
2.6 相關儀器介紹…………………………………………… 27
2.6.1 表面輪廓儀……………………………………… 27
2.6.2 剪力量測系統…………………………………… 28
2.6.3 電壓－電流量測………………………………… 29
第三章 實驗方法與流程………………………………………… 30
3.1 實驗流程………………………………………………… 30
3.2 試片前置處理…………………………………………… 32
3.3 薄膜製備………………………………………………… 33
3.3.1 碳化矽薄膜製備………………………………… 33
3.3.2 鋁卅氮化鋁薄膜製備…………………………… 34
3.3.3 鋅置換卅無電鍍鎳……………………………… 36
3.3.4 金錫堆疊層製備………………………………… 38
3.4 熱壓合…………………………………………………… 41
3.5 圖形化製作……………………………………………… 43
第四章 結果與討論……………………………………………… 45
4.1 各種鍍膜速率分析……………………………………… 47
4.2 失敗模式分析…………………………………………… 51
4.3 剪力分析………………………………………………… 54
4.4 SEM分析 ……………………………………………… 60
4.4.1 碳化矽 …………………………………………… 60
4.4.2 參數一結構(SiC=0.1μm)………………………… 61
4.4.3 參數二結構(SiC=0.2μm)………………………… 62
4.4.4 參數三結構(SiC=0.4μm)………………………… 64
4.5 XRD分析 ……………………………………………… 78
4.5.1 基底金屬層 ……………………………………… 78
4.5.2 金錫金堆疊層 …………………………………… 79
4.6 LED特性量測…………………………………………… 87
第五章 結論……………………………………………………… 91
參考文獻 …………………………………………………………… 94
附錄一… …………………………………………………………… 96
Extended Abstract………………………………………………… 99
簡歷(CV) …………………………………………………………… 105

[1]李芷氤，“白熾燈泡走入歷史，誰是最佳接班人?”，工研院電子報，9912期，2010年12月。
[2]史國光，“半導體發光二極體與固態照明”，全華科技圖書，2005年。
[3]郭浩中等編著，“LED原理與應用”，五南圖書，2009年。
[4]田民波等編著，“白光LED照明技術”，五南圖書，2011年。
[5]Pin J. Wang et al., “Fluxless Bonding of Silicon Chips to Ceramic Packages Using Electroplated Au/Sn/Au Structure”, IEEE Advanced Packaging Materials Symposium, 2007.
[6]Jian Cai et al., “Microstructure of AuSn Wafer Bonding for RF-MEMS Packaging”, 6th International Conference on Electronic Packaging Technology, 2005.
[7]劉偉隆等編譯，“物理冶金”，全華科技圖書，1999年。
[8] Jeong-Won Yoon et al., “Microstructural evolution of Sn-rich Au–Sn/Ni flip-chip solder joints under high temperature storage testing conditions”, Scripta Materialia, 56, pp. 661-664, 2007.
[9]Jeong-Won Yoon et al., “Reliability evaluation of Au–20Sn flip chip solder bump fabricated by sequential electroplating method with Sn and Au”, Materials Science and Engineering, 473, pp.119–125, 2008.
[10]黃敬涵，“SiC的產業應用”，國立中央大學機械工程學系Nanoclub。
[11]Bhatnagar, M. et al., “Comparison of 6H-SiC, 3C-SiC, and Si for power devices”, IEEE Transactions on Electron Devices, VOL. 40, NO. 3 , 1993.
[12]ZHU Xiao-min et al., “Microstructure and properties of Al/Si/SiC composites for electronic packaging”, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 22, pp.1686-1692, 2012.
[13]羅吉宗，“薄膜科技與應用”，全華科技圖書，2013年。
[14]王建義編譯，“薄膜工程學”，全華科技圖書，2009年。
[15]柯賢文，“表面與薄膜處理技術”，全華科技圖書，2005年。
[16]張裕祺，“表面處理”，高立圖書，2006年。
[17]Qin Lu et al., “Low-temperature solid state bonding method based on surface Cu–Ni alloying microcones”, Applied Surface Science, 268, pp.368– 372, 2013.
[18]李嘉家，“以鋅置換鋁基金錫共晶堆疊層及應用於覆晶封裝之探討”，國立虎尾科技大學電子工程系碩士論文，2012年。
[19]魏炯全，“電子材料工程”，全華科技圖書，2005年。
[20]宋健民，“鑽石底碳化矽：LED的夢幻基材(上)”，工業材料雜誌，246期，頁166~167，2007年6月。
[21]姜禮維，“探討鋁/氮化鋁多層應力緩衝底層對金錫共晶接合之影響”，國立虎尾科技大學光電與材料科技研究所碩士論文，2013年。
[22]韋小鳳等人，“AuSn20/Ni焊點的界面反應及剪切強度”，中國有色金屬學報，第23卷，第7期，2013年。
[23]劉國雄，“電子構裝用低膨脹高導熱金屬基複合材料之開發(Ⅲ) ”，行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告，2001年。