Page 42 - 電路板季刊第88期

40 專業技術 Sn/Zn/Bi/Sn LED晶片固晶接合

物（IMC）Cu 6Sn 5，靠近LED晶片背面的IMC為Cu 6Sn 5相，而靠近基板的IMC為Ag 3Sn
相。在某些接合界面區域，這兩個IMC相（Cu 6Sn 5和Ag 3Sn）會相連，此區被定義為
IMC接合區域。

夾層焊料結構的橫截面SEM圖如圖3所示。與雙層焊料結構一樣，Bi複合相和IMC
接面在接合界面上可以清楚地觀察到。

顯然地，根據圖2、圖3的橫截面圖，我們發現除了夾層焊料結構中IMC接面的面
積比在雙層焊料結構中高出許多，還觀察到空隙在夾層結構中所佔的面積比在雙層焊
料結構中少很多。

在接合界面處形成的空隙一定會降低LED晶片在Cu基板上的接合強度。根據圖
4，夾層焊料結構的剪切強度大於雙層焊料結構的剪切強度。依據與台灣的LED公司進
行合作，結果驗證了在LED使用上，實際的剪切強度需高於30 MPa。

圖3.夾層結構的橫截面，其中Zn膜厚（a-d）32 / 65 / 130 / 260Å。
圖4中顯示的結果表明，我們設計的Sn / Bi / Zn / Bi / Sn夾層焊料結構的剪切強
度（約40 MPa）滿足LED工業的要求。

在接合製程中，金屬化層之間的界面會產生交互擴散並達到共晶比例，因此在界
面處會形成共晶液體。該共晶反應為影響晶片接合製程的重要因素。特別在這篇研究
中，Zn / Bi界面是形成共晶液體並潤濕兩側接合金屬化層的關鍵界面。我們認為形成
的共晶液體其對接合金屬化層兩側的潤濕程度會決定接合界面的強度。如果共晶液體
的量不足以潤濕兩側的接合金屬化層，則很可能會在接合界面處形成空隙，並降低接

面強度。在本研究中，因為夾層焊料結構具有兩個Zn / Bi界面，所以可以形成比雙層
焊料結構更多的共晶液體，這也解釋為什麼在圖2中比圖3有較大的空隙形成。
因此，與雙層焊料結構相比，夾層焊料結構因接合界面處所形成的空隙較少，因