CN1600495A - 导体接合方法及应用其中的锡金焊料结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导体接合方法及应用其中的锡金焊料结构，应用于一光电晶体管与一基座间，其方法包含下列步骤：于该基座上形成一锡金焊料结构以及将该光电晶体管接触至该接着层上，并将对该锡金焊料结构加热至该接着层焊料的回焊(reflow)温度进行接合，至于该锡金焊料结构则包含一主体层以及一接着层，该接着层位于该主体层上方，而该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，该接着层的厚度小于该主体层的厚度。采用本发明的导体接合方法及应用其中的锡金焊料结构可在缩短工时之际，同时保有可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及一种导体接合方法及应用其中的锡金焊料结构，尤指应用于光电晶体管与基座间的导体接合方法及应用其中的锡金焊料结构。
背景技术
请参见图1(a)和图1(b)，其是将激光二极管11构装在基座(submount)10上的一构造示意图，其中激光二极管11上具有以金(Au)与其它金属(例如锡、钛、铂及铬)所共同构成的合金来完成的电极110，而基座10的表面上则形成有一电极层100，该电极层100通常以金与其它金属(例如锡、钛、铂及铬)所共同构成的合金来完成，该电极层100具有一构装区1000与接线区1001，构装区1000可供激光二极管11进行黏着，而接线区1001则提供进行后续打线作业的所需。而在电极110与构装区1000之间，通常需提供一焊料(solder)12来进行激光二极管11与基座10两者间的接合。
而为达低污染及无铅化的目的，上述焊料12现今大都以锡金合金来完成，关于锡金合金的混合比与熔点的曲线图请见图2所示，而目前应用于上述接合焊料的锡金合金成份大多为两种比例，第一种是金∶锡重量比例为80∶20的共晶合金(eutectic alloy)，其熔点为摄氏278度，在与激光二极管11上的金电极110进行回焊(reflow)时，因锡成份少而使其接着速度慢，导致加工时间过长，但完成后的凝固状态会形成均质的微观接合结构以及极高比例的Au5Sn的富金金属间化合物(Au-rich intermetallic compound)或AuSn，而此类金属间化合物的强度高而使其产品可靠度较佳。而另外一种比例则是金∶锡重量比例为70∶30或75∶25，其熔点约在摄氏380度至350度左右，在与激光二极管11上的金电极110进行接着时，因锡成份多而使其接着速度快，可使加工时间缩短，但完成后的凝固状态为非均质的接合结构以及较高比例的AuSn2与AuSn4的富锡金属间化合物(Sn-rich intermetallic compound)，而富锡金属间化合物为脆性材料其强度低，这些富锡金属间化合物在元件长期使用下会逐渐迁移至焊点接口并且形成一易脆的连续层，使其产品可靠度下降。因此，上述公知锡金合金所完成焊料的缺点亟待克服。
发明内容
本发明的目的在于为解决上述公知锡金合金所完成焊料的缺点而提供一种导体接合方法及应用其中的锡金焊料结构。
为实现上述目的，本发明提供一种锡金焊料结构，应用于一光电晶体管与一基座之间，该锡金焊料结构包含：一主体层，形成于该基座的表面上方；以及一接着层，形成于该主体层上方，用以接着至该光电晶体管，其中该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，而该接着层的厚度小于该主体层的厚度。
根据上述构想，本发明所述的锡金焊料结构，其中该主体层与接着层是采用蒸镀、溅镀或电镀中的任意一种方式形成于该基座的表面上方。
根据上述构想，本发明所述的锡金焊料结构，其中该接着层可为AuSn、AuSn2与AuSn4的各种金属间化合物混合而成，该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，而该主体层的金锡重量比例可为80∶20。
根据上述构想，本发明所述的锡金焊料结构，其中该接着层的厚度可控制在1至2微米，而该接着层的厚度则控制在0.2微米。
根据上述构想，本发明所述的锡金焊料结构，其中该主体层中还包含有一支撑层，其金锡重量比例与接着层的金锡重量比例相似或相同，其厚度小于其上下的该主体层厚度。
本发明的另一方面为一种导体接合方法，应用于一光电晶体管与一基座间，其包含下列步骤：于该基座上形成一锡金焊料结构，该锡金焊料结构包含一主体层以及一接着层，该接着层位于该主体层上方，而该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，该接着层的厚度小于该主体层的厚度；以及将该光电晶体管接触至该接着层上，然后将该锡金焊料结构加热至该接着层焊料的回焊温度进行接合。
根据上述构想，本发明所述的导体接合方法，其中该主体层与接着层是采用蒸镀、溅镀或电镀中的任意一种方式形成于该基座的表面上方。
根据上述构想，本发明所述的导体接合方法，其中接着层可为AuSn、AuSn2与AuSn4的各种金属间化合物混合而成，该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，而该主体层的金锡重量比例可为80∶20。
根据上述构想，本发明所述的导体接合方法，其中该接着层的厚度可控制在1至2微米，而该接着层的厚度则控制在0.2微米。
根据上述构想，本发明所述的导体接合方法，其中该主体层中还包含有一支撑层，其金锡重量比例与接着层的金锡重量比例相似或相同，其厚度小于其上下的该主体层厚度。
本发明的再一方面为一种锡金焊料结构，应用于一光电晶体管与一基座之间，该锡金焊料结构包含：一主体层，形成于该光电晶体管的表面上方；以及一接着层，形成于该主体层上方，用以接着至该基座，其中该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，而该接着层的厚度小于该主体层的厚度。
本发明的又一方面为一种导体接合方法，应用于一光电晶体管与一基座间，其包含下列步骤：于该光电晶体管上形成一锡金焊料结构，该锡金焊料结构包含一主体层以及一接着层，该接着层位于该主体层上方，而该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，该接着层的厚度小于该主体层的厚度；以及将该基座接触至该接着层上，然后将该锡金焊料结构加热至该接着层焊料的回焊温度进行接合。
本发明的导体接合方法及应用其中的锡金焊料结构可在缩短工时之际，同时保有可靠度，克服公知锡金合金所完成焊料的缺点。
附图说明
图1(a)和图1(b)分别是将激光二极管构装在基座(submount)上的一构造示意图。
图2是关于锡金合金的混合比与熔点的曲线图。
图3是本发明为改善上述公知技术手段提出的焊料构造的一实施例示意图。
图4是本发明为改善上述公知技术手段提出的焊料构造的另一实施例示意图。
图5是本发明为改善上述公知技术手段提出的焊料构造的再一实施例示意图。
图6是本发明为改善上述公知技术手段提出的焊料构造的又一实施例示意图。
其中，附图标记说明如下：
11-激光二极管；110-电极；10-基座；100-电极层；
1000-构装区；1001-接线区；12-焊料；21-激光二极管；
210-电极；20-基座；200-电极层；2000-构装区；
2001-接线区；22-焊料；220-主体层；221-接着层；
32-焊料；320-第一主体层；322-第二主体层；
321-支撑层；323-接着层。
具体实施方式
请参见图3，其是本发明为改善上述公知技术手段提出的焊料构造的实施例示意图，其中激光二极管21上具有以金与其它金属(例如锡、钛、铂及铬)所共同构成的合金来完成的电极210，而基座20的表面上则形成有一电极层200，该电极层200通常以金与其它金属(例如锡、钛、铂及铬)所共同构成的合金来完成，该电极层200具有一构装区2000与接线区2001，构装区2000可供激光二极管21进行黏着，而接线区2001则提供进行后续打线作业的所需。而在电极210与构装区2000之间，本发明所提供的焊料22也是用以进行激光二极管21与基座20两者间的接合。而本实施例的焊料22主要是由两层混合比例不同的锡金合金来完成，而可以用蒸镀、溅镀或电镀等方式先形成于基座20的构装区2000上。其中靠近基座20的第一层为厚度较大的主体层220，而靠近激光二极管21的第二层为厚度较小的接着层221，而本实施例的主要技术特征在于将主体层220的金锡重量比例控制在大于接着层221的金锡重量比例，并将主体层220的厚度控制在大于接着层221的厚度(例如主体层220的厚度约为1至2微米，而接着层221的厚度则控制在约0.2微米左右，但不限定一定是如此)，举例来说，主体层220的金锡重量比例可为80∶20，熔点约在摄氏278度，而接着层221的锡重量比例较高(例如金锡重量比例可为30∶70，但不限定一定是如此)，其熔点高于278度。如此一来，在进行回焊时，接着层中因为具有较高的锡成分，因此容易与激光二极管的表面金快速接合，同时位于下层的主体层220提供较高比例的金与接着层进行扩散反应。在充分扩散后，接着层221消失并将整体焊料的金锡重量比例拉回近80∶20的近共晶组成(near-eutecticcomposition)，这种比例的金锡组成在降温过程中会形成均质的微观接合结构以提升接合强度，并减少富锡金属间化合物的生成以提高接合可靠度。因此本发明可在缩短工时之际，同时保有可靠度，进而可改善上述公知锡金合金所完成焊料的缺点，实现本发明最主要的目的。
再请参见图4，其是本发明为改善上述公知技术手段提出的焊料构造的另一实施例示意图，其中所提供的焊料32主要是由多层混合比例不同的锡金合金来完成，而也可以用蒸镀、溅镀或电镀等方式先形成于基座20的构装区2000上。其中靠近基座20处设有为厚度较大的第一主体层320与第二主体层322，在两层主体层之间夹着一层支撑层321，而靠近激光二极管21处则设有厚度较小的接着层323，而本实施例的主要技术特征除了在于将主体层320、322的金锡重量比例控制在大于接着层323的金锡重量比例，并将主体层320、322的厚度控制在大于接着层323的厚度之外，另外尚可多设置一支撑层321，其厚度与金锡重量比例与接着层323相仿。举例来说，主体层320、322的金锡重量比例为80∶20，而接着层323与支撑层321的金锡重量比例则皆为AuSn，AuSn2与AuSn4的各种金属间化合物依照所需金锡重量比例混合，而如此一来，在进行加热接合时，锡比例较高的接着层323将可提供与以金完成的电极210的快速扩散接合，至于金比例较高的主体层320、322将于热接着凝固后，形成Au5Sn或AuSn的金属间化合物来提供其高强度而使其完成后的成品具有较佳的可靠度，至于支撑层321，因其熔点较主体层320、322的熔点(约在摄氏278度)为高，因此可在加热过程中，可对已呈软化的主体层320、322提供支撑功能，使激光二极管在接合过程中不至于因为基板受力不均而造成部份接合，进而造成接合强度、散热能力以及产品可靠度的不良影响。但于完成接合后，又因其厚度较薄而因扩散作用而视为消失，并将整体焊料的金锡重量比例拉回近80∶20的近共晶组成，因此并不会因为此支撑层影响接合可靠度。如此一来，本发明可在缩短工时之际，同时保有可靠度，进而可改善上述公知锡金合金所完成焊料的缺点，实现本发明最主要的目的。
另外，除了上述在基座20的电极层200上镀上锡金焊料的作法外，还有另外一种作法是先将锡金焊料镀在激光二极管21的电极210上，而基座20的电极层200表面只镀上金，虽然只是锡金焊料镀在基座或晶体管上的差别，但仍于此提出说明，其示意图请参见图5与图6所示的实施例构造图。
本发明所提出锡金焊料，除了可用在光电晶体管的接合上，亦可用在其它电子产品构装上，因此以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围，而本发明技术思想可广泛地被应用于集成化的各式收发光模块上，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的保护内。
Claims (12)
1.一种锡金焊料结构，应用于一光电晶体管与一基座之间，该锡金焊料结构包含：
一主体层，形成于该基座的表面上方；以及
一接着层，形成于该主体层上方，用以接着至该光电晶体管，其中该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，而该接着层的厚度小于该主体层的厚度。
2.如权利要求1所述的锡金焊料结构，其特征在于该主体层与接着层是采用蒸镀、溅镀或电镀中的任意一种方式形成于该基座的表面上方。
3.如权利要求1所述的锡金焊料结构，其特征在于该接着层为AuSn、AuSn2与AuSn4的各种金属间化合物混合而成，该主体层的金锡重量比例为80∶20。
4.如权利要求1所述的锡金焊料结构，其特征在于该接着层的厚度控制在1至2微米，而该接着层的厚度则控制在0.2微米。
5.如权利要求1所述的锡金焊料结构，其特征在于该主体层中还包含有一支撑层，该支撑层的金锡重量比例与该接着层的金锡重量比例相同，该支撑层的厚度小于其上下的该主体层厚度。
6.一种导体接合方法，应用于一光电晶体管与一基座间，其包含下列步骤：
于该基座上形成一锡金焊料结构，该锡金焊料结构包含一主体层以及一接着层，该接着层位于该主体层上方，而该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，该接着层的厚度小于该主体层的厚度；以及
将该光电晶体管接触至该接着层上，然后将该锡金焊料结构加热至该接着层焊料的回焊温度进行接合。
7.如权利要求6所述的导体接合方法，其特征在于该主体层与接着层是采用蒸镀、溅镀或电镀中的任意一种方式形成于该基座的表面上方。
8.如权利要求6所述的导体接合方法，其特征在于该接着层为AuSn、AuSn2与AuSn4的各种金属间化合物混合而成，该主体层的金锡重量比例为80∶20。
9.如权利要求6所述的导体接合方法，其特征在于该接着层的厚度控制在1至2微米，而该接着层的厚度则控制在0.3微米。
10.如权利要求6所述的导体接合方法，其特征在于该主体层中还包含有一支撑层，该支撑层的金锡重量比例与该接着层的金锡重量比例相同，该支撑层的厚度小于其上下的该主体层厚度。
11.一种锡金焊料结构，应用于一光电晶体管与一基座之间，该锡金焊料结构包含：
一主体层，形成于该光电晶体管的表面上方；以及
一接着层，形成于该主体层上方，用以接着至该基座，其中该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，而该接着层的厚度小于该主体层的厚度。
12.一种导体接合方法，应用于一光电晶体管与一基座间，其包含下列步骤：
于该光电晶体管上形成一锡金焊料结构，该锡金焊料结构包含一主体层以及一接着层，该接着层位于该主体层上方，而该接着层的金锡重量比例小于该主体层的金锡重量比例，该接着层的厚度小于该主体层的厚度；以及将该基座接触至该接着层上，然后将该锡金焊料结构加热至该接着层焊料的回焊温度进行接合。
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