中文摘要

本論文探討光電構裝中半導體雷射模組，低溫錫鉛及高溫錫金兩種銲錫在溫度循環下接合強度的變化。我們發現銲錫接合強度隨著溫度循環次數的增加而增加，直到400次循環而到達穩定。銲錫強度增加的原因為在溫度循環過程中銲錫殘留應力的釋放，殘留應力釋放結果造成銲錫接合強度的增加。有限元素法模擬殘留應力的計算，吻合實驗上量測的結果。
對錫銲介金屬化合物成長的研究，我們發現溫度循環對介金屬化合物（IMC）成長影響不大，因為溫度循環的溫度值僅在-40到+85℃之間。但經長時間高溫（200℃）老化後，即可明顯的觀察到在經由25天的老化後IMC厚度成長到4.71μm。

Abstract

The effect of joint strength of PbSn and AuSn solder on temperature cycling tests in laser packages has been studied experimentally and numerically. It was found that the solder joint strength increased as temperature cycle number increased, and then became steady after 400 cycles. This is may be due to the redistribution of the residual stresses within the solder during temperature cycling test, and hence reducing the residual stresses and increasing the solder joint as the temperature cycle increased. Numerical calculations were in good agreement with the experimental measurement that the solder joint strength increased as the temperature cycle increased. In this work, we also study the intermetallic compound (IMC) growth of PbSn and AuSn solders under cycling test and aging test. The thickness of IMC growth do not significantly increase under cycling test, because the cycling test temperature was from –40 to 85ºC. However, under the high temperature aging of 200ºC for 25 days, the IMC thickness was increased to 4.71μm.

內容目錄
頁次
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
內容目錄 IV
圖表目錄 VII
第一章 緒論 1
第二章 錫銲理論及測試規範 3
2.1雙排線雷射模組接合 4
2.2 錫銲理論 6
2.3 錫銲材料之比較 8
2.4 測試規範 10
第三章 材料準備 12
3.1不鏽鋼基板 13
3.2電鍍製程 15
3.2-1 電鍍鎳製程 15
3.2-2 電鍍金製程 16
3.2-3 鍍膜注意事項 17
3.3氧化鋁板刷金 18
第四章 錫金及錫鉛錫銲製程與量測 19
4.1 錫銲工作平台 20
4.2 錫金及錫鉛錫銲製程 21
4.2-1 整體實驗流程 21
4.2-2 錫金銲接製作 22
4.2-3 錫鉛銲接製作 23
4.3 溫度循環及高溫老化 24
4.3-1 溫度循環系統 24
4.3-2 操作步驟 26
4.3-3 溫度循環條件 27
4.3-4 高溫老化實驗 28
4.4 剪力測試及金相分析 29
4.4-1 剪力測試系統 29
4.4-2剪力測試流程 30
4.4-3 金相分析流程 31
第五章 錫金及錫鉛可靠度測試結果及分析 33
5.1 剪力實驗結果與分析與討論 34
5.2 溫度循環金相分析與討論 38
5.3 高溫老化測試與分析與討論 48
第六章 結論與未來 57
參考資料 59
















圖表目錄
頁次
圖2.1雙排線式(DIP)半導體雷射模組 4
表2.1 構裝技術接合方法比較 5
圖2.2 銲錫與被銲表面形成各種接觸角的情況 6
圖2.3 雷射-次載具-Invar平板銲錫接合圖 8
圖2.4 氧化鋁板與不鏽鋼基材示意圖 8
表2.2 錫鉛及錫金材料比較表 9
表2.3 雷射模組關於溫度可靠度測試的項目 10
圖2.5 接合面積與要求最小剪力關係圖 11
圖3.1 不鏽鋼基板 13
表3.1 Inavr 與 SUS 304 特性比較表 13
表3.2 氧化氮及氧化鋁特性比較表 18
圖4.1 錫銲工作平台示意圖 20
表4.1 溫度循環系統功能 25
圖4.2 溫度循環條件設定 27
表4.2 常見鉛或錫的介金屬化合物成分表 28
圖4.3 剪力測試系統 29
表4.3 金相分析工具功能表 32
表5.1 錫鉛合金經500次溫度循環剪力變化的情形表 34
表5.2 錫金合金經500次溫度循環剪力變化的情形表 34
圖5.1 錫鉛合金經500次溫度循環剪力變化的情形圖 35
圖5.2 錫金合金經500次溫度循環剪力變化的情形圖 35
圖5.3 錫鉛接合理論計算與實驗量測比較圖 37
圖5.4 錫金接合理論計算與實驗量測比較圖 37
圖5.5 錫金銲錫在鍍金膜3μm未經循環光學顯微鏡照片 38
圖5.6 錫金銲錫在鍍金膜3μm未經循環SEM照片（3000倍） 39
圖5.7 錫金銲錫在鍍金膜3μm未經循環SEM照片（10000倍） 39
圖5.8 鍍金膜3μm未經循環SEM Mapping圖 40
圖5.9 錫金銲錫在鍍金膜3μm經500循環光學顯微鏡照片 41
圖5.10 錫金銲錫在鍍金膜3μm經500循環SEM照片 41
圖5.11 錫金銲錫在鍍金膜10μm未經循環光學顯微鏡照片 42
圖5.12 錫金銲錫在鍍金膜10μm未經循環SEM照片 42
圖5.13 錫金銲錫在鍍金膜10μm未經循環光學顯微鏡照片 43
圖5.14 錫金銲錫在鍍金膜10μm經500次循環SEM照片 43
圖5.15 錫金銲錫在鍍金膜10μm未經循環Linescan結果 44
圖5.16 錫鉛銲錫在鍍金膜3μm未經循環光學顯微鏡照片 45
圖5.17 錫鉛銲錫在鍍金膜3μm經500循環光學顯微鏡照片 45
圖5.18 錫鉛銲錫在鍍金膜10μm經0循環光學顯微鏡照片 46
圖5.19 錫鉛銲錫在鍍金膜10μm經500循環光學顯微鏡照片 46
圖5.20 銲錫的破裂斷面 47
表5.3 介金屬化合物成長厚度隨老化時間變化數據 48
圖5.21 介金屬化合物成長厚度隨老化時間變化情形 48
圖5.22 錫金接合高溫老化1天光學顯微鏡照片 49
圖5.23 金接合高溫老化1天SEM的照片 49
圖5.24 錫金接合高溫老化4天光學顯微鏡 50
圖5.25 錫金接合高溫老化4天SEM照片 50
圖5.26 錫金接合高溫老化9天光學顯微鏡照片 51
圖5.27 錫金接合高溫老化9天SEM照片 51
圖5.28 錫金接合高溫老化16天光學顯微鏡照片 52
圖5.29 錫金接合高溫老化16天SEM照片 52
圖5.30 錫金接合高溫老化25天光學顯微鏡照片 53
圖5.31 錫金接合高溫老化25天SEM照片 53
圖5.32 老化25天元素Mapping圖 54
表5.4 基板與銲錫間介金屬化合物EDS成分分析EDS分析 55
圖5.33 刷金氧化鋁板與錫金接合面之間SEM照片 55
表5.5 刷金氧化鋁板與錫金銲錫間介金屬化合物成份分析 56

參考文獻
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