封装制程

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銲線接合(wire bonding)
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Chapter 5
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接線的外型
銲線接合後導線末端之形狀有球點接合(Ball Bonding) (一 般為金線)及楔形接合(Wedge Bonding) (一般為鋁線),兩種
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Chapter 5
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銲線接合(wire bonding)
接著方式 熱壓(thermocompression bonding, T/C) 超音波併用熱壓(thermosonic bonding, T/S) 超音波(ultrasonic bonding, U/S)
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Chapter 5
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使用銀填充的高分子膠進行IC晶片黏結之注意事 項
勿使IC晶片週邊黏晶材料溢流以免污染IC晶片表面(見圖(a)) 使用高分子膠的IC晶片黏結亦會有孔洞產生的缺點，孔洞的 產生可能來自於原料塗佈不當(見圖(c))，
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Chapter 5
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黏晶之黏著方式
共晶黏結法 玻璃膠黏結法 高分子膠黏結法 銲接黏結法
優點：可以得到無孔洞、熱穩定性優良、低殘餘應力與低溼 氣含量的接合。 缺點：1. 玻璃膠的熱傳導率低於金矽共晶材料，所以在黏結 熱處理過程中高製程溫度及冷卻不當時極可能導致應力破 壞， 2.膠中的有機成分亦須完全除去，否則將有害構裝的結 構穩定與可靠度。
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高分子膠黏結法
由於高分子材料與銅引腳架材料的的熱膨脹係數相近，高分子膠 黏結法因此成為塑膠構裝常用的晶片黏結法。
利用戳印、網印或點膠等方法將環氧樹酯(Epoxy)或聚亞醯胺等高 分子膠塗佈於引腳架的晶片承載座上，置妥IC晶片後再加熱使完 成黏接。
高分子膠中亦可填入銀等金屬以提高其熱傳導性；膠材可以製成 固體膜狀再施予熱壓接合。
優點：高分子膠為軟質黏晶材料，故製程中沒有應力產生的 問題，對熱應力亦有良好的緩和效果。低成本且能配合自動 化生產製程是高分子膠黏結法廣為採用的原因。
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黏晶方法之比較
共晶/銲接黏晶法
高分子膠黏晶法
可提供電傳導之黏晶接合 高熱傳導率 材料成本高
可提供電傳導或絕緣之黏晶接合
絕緣黏晶樹脂的熱傳導率低; 可藉金屬填充而改善 材料成本低
修護困難
容易修護
製程溫度高(約400oC ) 無殘餘氣體洩漏的困擾 可能需要使用助銲劑及後續之清潔
缺點：熱穩定性不良與易致有機成分洩漏而影響構裝可靠 度。故高分子膠黏晶法不適用於陶瓷構裝或高可靠度需求的 氣密性構裝。
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銲接黏結法
銲接黏結法為另一種利用合金反應進行晶片黏結的方法，能形成 熱傳導性優良的黏結為其主要的優點。
與共晶黏晶法比較，銲接黏晶法為低成本、低製程溫度的技術， 因此氧化的程度較低，亦適合溫度敏感元件的黏晶。
銀遷移的現象是一種電化學的現象，與其周遭環境中的溼氣有很密 切的關係。 同時過量的銀膠，也比較容易促使銀遷移的現象發生。
空洞的產生主要是因氣體的包入，而氣體的存在又可由銀膠中樹 脂所產生、或由針筒點膠製程中所捲入。
空洞的存在將引起導熱的不良，與容易吸收濕氣，進而引起產品的 破壞。 去除黏晶中空洞形成的方法，主要則包括了使用不含溶劑的樹脂、 與點膠製程中注意排氣的設計。
高分子膠黏結法為塑膠構裝常用的晶片黏結法。 共晶黏結法陶瓷構裝常用的晶片黏結法。
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金-矽共晶(Eutectic)黏結法
共晶黏晶法係利用含 3 wt% 矽 的金-矽合金在 363 ℃ (685OF) 時發生之共晶熔合反應而產生 接合 (見圖 所示之金．矽二元 合金相圖)，
它的優良點為，熱傳導能力高 且無離子污染與溶劑揮發之問 題，故在高功率元件與可靠度 需求的構裝中有相當廣泛的應 用，
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銲線接合（Wire Bond）
銲線接合乃是將晶粒上的接點以極細的金線（18～ 50μm） 連接到導線架之內引腳，進而藉此將IC晶粒 之電路訊號傳輸至外界。
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銲線接合（Wire Bond）
銲線接合是最早亦為目前應
用最廣的技術，此技術首 先
將晶片固定於導線架上，再
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黏晶之黏著材料
黏晶用之黏晶膠通常包含有樹脂系統及填充物，
樹脂系統則包含有樹脂(resin) 、烘烤試劑(curing agent) 、柔 軟劑(flexibilizer)、稀釋劑(diluent)及加速劑(accelerator)，
填充物一般包括金屬填充物、陶瓷填充物及高分子填充物。
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晶圓切割(wafer saw or dice)
切割完後，一顆顆之晶粒井然有序的排列在膠帶上，同 時由於框架之支撐可避免膠帶皺摺而使晶粒互相碰撞， 而框架撐住膠帶以便於搬運。
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晶片切割機
晶片切割機是非常精密之設備，其主軸轉速約在 30,000至60,000rpm之間， 由於晶粒與晶粒之間距很小（ 約在2mil， 1mil=25m）而且晶粒又相當脆弱，因此精度要求相 當高，且必須使用鑽石刀刃來進行切割，而且其切割 方式係採磨削的方式把晶粒分開。 磨削的過程中會產生很多的小粉屑，因此在切割過程 中必須不斷地用淨水沖洗，以避免污染到晶粒。切割 好之晶圓便會傳送到下一個製程進行黏晶。
缺點則為高製程溫度與高成本 價格。
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玻璃膠黏晶法
玻璃膠黏晶法為僅適用於陶瓷構裝之低成本晶片黏結技術，其係 以戳印(Stamping)、網印(Screen Printing)、或點膠(Syringe Dispensing)的方法將填有銀的玻璃膠塗於基板的晶片座上，置妥 IC晶片後再加熱除去膠中的有機成分，並使玻璃熔融接合。
潛變(Creep)
在一定應力作用下，變形隨時間徐徐進行之現象稱之為潛變 （Creep）。
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Chapter 5
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晶片的連接技術
IC晶片必須與構裝基板完成電路連接才能發揮既有的功能。 晶片與構裝基板連接的方法主要有打線接合(Wire Bonding)、卷帶自動 接合(Tape Automated Bonding，TAB)與覆晶接合(Flip Chip Bonding，FCB) 。
以超音波接合(Ultrasonic
Bonding，U/S)、熱壓接合
(Thermocompression
Bonding，T/C)或熱超音波
接合(Thermosonic
Bonding，T/S)等方法將細
金屬線或金屬帶依續打在IC
晶片與引腳架或構裝基板的
接墊(Pad)上而形成電路連
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Chapter 5
Hale Waihona Puke Baidu
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晶片切割機
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Chapter 5
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黏晶(die attach or bond)
黏晶的目的主要是要將上一步驟切割完成 的晶粒放置在導線架(lead frame)上面，並用環氧樹脂 (業界一般稱之為銀膠)加以黏著固定。 導線架是提供晶粒一個黏著的位置(一般稱之為晶粒 座，die pad)並有內、外引腳得設計用來作為傳輸訊號 的溝通橋樑。 一個導線架依不同的設計可能有數個晶粒座，而排列 方式通常是排成一列，但也有矩陣式的排列方式。
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黏晶之可靠度
黏晶的優劣對產品可靠度的影響，主要包括有樹脂中離子的含 量、銀的遷移、及空洞。 環氧樹脂中若含了過多的氯、鈉等離子，將引起金屬的腐蝕造成 破壞。
離子的含量多寡主要是取決於銀膠的配方， 然而銀遷移及空洞的發生則與配方及製程都有關係。
銀遷移的現象是產品於電流的作用下，其黏晶所用銀膠中的銀， 從晶片的背後滲出表面，形成短路。
2. 熱超音波(Thermosonic: T/S )或超音波(Ultrasonic: U/S)==楔子結合
第五章 切割、 切割、黏晶與銲線接合
半導體構裝技術
Semiconductor Fabrication Technology
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半導體構裝技術 LECTURE NOTES
這些講義主要是以下列課本為基礎的上課筆記。
電子構裝技術與材料/ by 陳信文、陳立軒、林永 森、陳志銘/ 高立圖書
這些講義都是從課文中截取出來的材料, 但不完全包括 課文中所有的主題。
製程溫度低(150oC)
有水分、碳氫化合物及溶劑散逸的問題; 可能需真空烘烤及特殊除氣處理 無須使用助銲劑
硬質材料之接合，易致大型晶片的破裂 軟質材料之接含，應力緩和之效果較佳
材料溢流的問題較小
烘烤時有材料溢流的問題
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Chapter 5
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疲勞(Fatigue)
因為材料受到反覆 外力作用的影響，逐漸改變其材料本身性 質，進而造成元件或整 個系統的破壞，減少其使用壽命，對 於這種破壞就稱為疲勞（ fatigue）。
一般而言黏晶膠分為導電性黏晶膠及非導電性黏晶膠，
導電性黏晶膠通常加入導電性填充物如銀金屬粉粒作為導電 媒介，
而非導電性黏晶膠則加入非導電性填充物如陶瓷填充物二氧 化矽(silica)或氮化硼(boron nitride)等陶瓷粉粒或高分子填充 物聚四氟乙烯(teflon)高分子粉粒。
目前塑膠密封構裝所使用之黏晶膠以導電性黏晶膠為主，尤其是 以加入導電性填充物如銀金屬粉粒為大宗。
參考書籍
IC 封裝製程與 CAE 應用、鍾文仁 陳佑任 編著 全 華科技
Fundamentals of Microsystems Packaging / Rao R. Tummala / McGraw-Hill (2002)
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CChhapterr 51
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切割、黏晶、銲線接合
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Chapter 5
膠渣去除 (Deflash)
腳的表面處理 (lead finish)
切成單顆 (Singulation)
彎腳成型 (Lead Trimming &
Forming)
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蓋印 (Marking)
測試 (Testing)
Chapter 5
包裝及運送 (Packing & Delivery)
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研磨晶圓
在晶圓研磨製程中，先於晶圓正面貼上紫外線曝照式 膠帶(UV tape)，再以機械式進行晶圓研磨晶圓背面， 伺研磨至所需之晶圓厚度，以紫外線曝照於紫外線曝 照式背膠帶上使其有交聯作用而使紫外線曝照式膠帶 容易由晶圓正面剝離取出。
現在熱超音波金球接合 是廣泛使用的接合技術,首先是 它較超音波鋁接合快. 材料
金線(20~100 m) 鋁線(Al-1wt%Si合金線、高純度鋁線)
(25~50 m) (100~500 m)
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Chapter 5
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銲線接合(wire bonding)
1. 熱壓式(Thermocompression: T/C )==球形結合
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Chapter 5
5
晶圓切割(wafer saw or dice)
晶片切割之目的乃是要將前製程加工完成的晶圓上一顆 顆之晶粒(die)切割分離。
首先要在晶圓背面貼上膠帶(blue tape)並置於鋼製之 框架上，此一動作叫晶圓黏片(wafer mount)，而後 再送至晶片切割機上進行切割。
銲接黏結法也必須在熱氮氣遮護的環境中進行以防止銲錫氧化及 孔洞的形成。
常見的銲料有金-矽、金-錫、金-鍺等硬質合金與鉛-錫、鉛銀-銦等軟質合金。
使用硬質銲料可以獲得良好抗疲勞(Fatigue)與抗潛變(Creep) 特性的黏結，但它有因熱膨脹係數差異引致的應力破壞問 題；
使用軟質銲料可以改善此一缺點，但使用前須在IC晶片背面 先鍍上多層金屬薄膜以促進銲料的潤濕。
3
半導體構裝製程
貼片
研磨
去貼片
晶圓貼片
晶圓切割
(Taping) (Grinding) (Detaping) (Wafer Mount) (Wafer Saw)
黏晶 (Die bound)
熟化 (Curing)
打線接合 (Wire Bond)
膠封 (Encapsulation)
熱處理 (Post mold cure)
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Chapter 5
10
黏晶流程
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Chapter 5
11
黏晶之黏著材料
晶粒與基材(導線架)之連結 銀膠(silver paste) (環氧樹脂與70%銀粉)
加入銀粉的主要功能在提供高分子基材所缺乏的導熱性與 導電性
錫鉛銲料(Sn-Pb solder) 金矽共晶銲料(Au-Si eutectic solder) 導熱能力!!! 溢膠 銀的遷移(silver migration) 熱膨脹係數(晶片vs. 黏晶材料vs. 基座)