在激光二极管LD封装中Au80Sn20焊点的可靠性研究

摘要

近年来由于环境保护要求的加强，各国都制定了相关法令禁止在电子工业中使用含铅焊料，因此迫切要求研究一些新型的无铅焊料来替代通用的SnPb焊料。在高功率电子和光电子封装中，无铅钎料Au80Sn20被广泛地使用来作为气密性和芯片贴附材料，但是目前对该焊料力学性能的研究还不完善，尤其是高温蠕变性能。所以本文首先通过压痕试验和蠕变拉伸试验研究了Au80Sn20焊料的力学性能，得出了弹性模量与温度的线性关系，并推导了该焊料的蠕变本构方程。 在激光二极管(LD)封装中选用了两种无铅钎料：Au80Sn20(AuSn)焊料和Sn95.5-Ag3.8-Cu0.7-0.01CNT(SnAgCu)焊料。在封装过程中LD芯片有两种键合配置：面朝上和面朝下。本文将使用有限元ANSYS软件对LD的MCM组件进行热循环模拟，重点研究不同键合配置对AuSn焊点可靠性的影响，其主要结论如下： 无论是那种键合配置，AuSn焊点上最危险的部位都是焊点边缘的四个角。从焊点的可靠性角度出发，面朝下键合配置更优越；从LD芯片的可靠性角度出发，面朝上键合配置更优越，但是从热量扩散和不同键合配置对LD芯片电气特性的影响角度考虑，则是优选面朝下键合配置。从MCM整体分析中发现，处于低温状态时，位于AuSn焊点下的Ni渡层，其边缘四个角的应力值最大，而处于高温状态时，位于SnAgCu焊点上的Ni渡层，其四条边缘的应力值最大，是整个MCM组件中最容易发生破坏的地方。对比AuSn焊点和SnAgCu焊点中蠕变最大点的蠕变曲线和应力曲线，发现AuSn焊料强度高，抗蠕变性能好。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1电子封装的发展历程

1.2无铅钎料的发展与应用

1.2.1发展背景

1.2.2选取原则

1.2.3无铅钎料的种类及应用

1.3电子封装中焊点的可靠性研究

1.3.1焊点可靠性问题的提出

1.3.2无铅焊点的可靠性问题

1.3.3焊点可靠性问题的研究方法

1.4本课题研究的意义和内容

第二章AuSn钎料力学性能的测量

2.1 AuSn钎料的性能

2.2压痕试验

2.2.1试验目的

2.2.2试验原理

2.2.3试验内容

2.2.4试验结果及讨论

2.3有限元(FEM)优化AuSn焊料搭接剪切试样

2.3.1模拟目的

2.3.2模型设计及加载计算

2.3.3模拟结果及讨论

2.4蠕变拉伸试验

2.4.1试验目的

2.4.2试验内容

2.4.3试验结果及讨论

2.5本章小结

第三章激光二极管(LD)的封装

3.1 LD简介

3.2 LD封装形式

3.3 LD封装中焊料的选择

3.4 LD芯片的键合配置

3.5 LD封装中基板的选择

3.6本章小结

第四章LD封装中AuSn焊点的有限元分析与结果模拟

4.1三维有限元模型

4.1.1模型的简化

4.1.2定义材料属性

4.2计算求解

4.3结果及分析

4.3.1不同键合配置对AuSn焊点可靠性的影响

4.3.2不同键合配置对LD芯片可靠性的影响

4.3.3 MCM整体分析

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况说明

致 谢