電子封裝技術(shù)(轉(zhuǎn)注成形)

轉(zhuǎn)注成形應(yīng)用于電子封裝技術(shù)前言轉(zhuǎn)注(compression)成形是從壓縮成形改而來(lái)，在轉(zhuǎn)注成形的加熱是在模中加熱再加工壓縮，但是缺點(diǎn)在于膠溫均，以及加工時(shí)間太長(zhǎng)，所以才有轉(zhuǎn)注成形的改，轉(zhuǎn)注 (transfer)成形在成形品的尺寸、埋入物等可合成形壓縮成形法難成的物品，預(yù)先關(guān)閉模子，將預(yù)熱的熱硬化性成形材投入材室(pot)，加熱軟化，以柱加壓，經(jīng)豎澆口、橫澆道，導(dǎo)入模中，在此加熱一定時(shí)間而硬化，但后因射出成形法的實(shí)用化，逐漸被取代，現(xiàn)在只能應(yīng)用在有限的地方，而這次我們專題的內(nèi)容，主要著重在電子封裝的封膠技術(shù)。隨著IC產(chǎn)品需求的日提升，推動(dòng)電子構(gòu)裝產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。而電子制造技術(shù)的斷發(fā)展演進(jìn)，在IC芯片「輕、薄、短、小、高功能」的要求下，亦使得構(gòu)裝技術(shù)斷推陳出新，以符合電子產(chǎn)品之需要并進(jìn)而充分發(fā)揮其功能。構(gòu)裝之目的主要有下四種：電傳送訊號(hào)輸送熱的去除電保護(hù)IC構(gòu)裝依使用材可分為陶瓷(ceramic)及塑(plastic)兩種，而目前商業(yè)應(yīng)用上則以塑構(gòu)裝為主。以塑構(gòu)裝中打線接合為，其步驟依序?yàn)榫?diesaw)＞黏晶(diemount/diebond)、焊線(wirebond)、封膠(mold)、剪/成形(trim/form)、印字(mark)、電鍍(plating)及檢驗(yàn).(inspection)等。以下依序?qū)?gòu)裝制程之各個(gè)步驟做一說明：芯片割(DieSaw)芯片割之目的為將前制程加工完成之晶圓上一顆顆之晶(die)割分離。欲進(jìn)芯片割，首先必須進(jìn)晶圓黏片，而后再送至芯片割機(jī)上進(jìn)割。 割完后之晶井然有序排于膠帶上， 而框架的支撐避免膠帶的皺折與晶之相互碰撞。黏晶(DieDond)黏晶之目的乃將一顆顆之晶置于導(dǎo)線架上并以銀膠(epoxy)黏著固定。黏晶完成后之導(dǎo)線架則經(jīng)由傳輸設(shè)備送至彈匣(magazine)內(nèi)，以送至下一制程進(jìn)焊線。

焊線(WireBond)焊線乃是將晶上的接點(diǎn)以極細(xì)的線(18 50“m)連接到導(dǎo)線架之內(nèi)引腳，進(jìn)而藉此將IC晶之電訊號(hào)傳輸至外界。封膠(Mold)封膠之主要目的為防止?jié)駳庥赏獠壳秩?、以機(jī)械方式支持導(dǎo)線、內(nèi)部產(chǎn)生熱之去除及提供能夠手持之形體。其過程為將導(dǎo)線架置于框架上并預(yù)熱，再將框架置于壓模機(jī)上的構(gòu)裝模上，再以樹脂充填并待硬化。剪/成形(Trim/Form)剪之目的為將導(dǎo)線架上構(gòu)裝完成之晶獨(dú)分開，并把需要的連接用材及部份凸出之樹脂除( dejunk)。成形之目的則是將外引腳壓成各種預(yù)先設(shè)計(jì)好之形狀，以于裝置于電版上使用。剪與成形主要由一部沖壓機(jī)配上多套同制程之模具，加上進(jìn)及出機(jī)構(gòu)所組成。印字(Mark)印字乃將字體印于構(gòu)裝完的膠體之上，其目的在于注明商品之規(guī)格及制造者等信息。檢驗(yàn)(Inspection)芯片割之目的為將前制程加工完成之晶圓上一顆顆之檢驗(yàn)之目

的為確定構(gòu)裝完成之產(chǎn)品是否合于使用。其中項(xiàng)目包括諸如：外引腳之

平整性、共面、腳距、印字是否清晰及膠體是否有損傷等的外觀檢驗(yàn)。目前用于構(gòu)裝之技術(shù)，大概有以下數(shù)種。分別為「打線接合」、「卷帶式自動(dòng)接合」、「覆晶接合」等技術(shù)，分述如下：打線接合(WireBonding)打線接合是最早亦為目前應(yīng)用最廣的技術(shù)，此技術(shù)首先將晶片固定于導(dǎo)線架上，再以細(xì)屬線將芯片上的電和導(dǎo)線架上的引腳相連接。而隨著近來(lái)其他技術(shù)的興起，打線接合技術(shù)正受到挑戰(zhàn)，其市場(chǎng)占有比亦正逐漸減少當(dāng)中。但由于打線接合技術(shù)之簡(jiǎn)性及捷性，加上長(zhǎng)久以來(lái)與之相配合之機(jī)具、設(shè)備及相關(guān)技術(shù)皆以十分成熟，因此短期內(nèi)打線接合技術(shù)似乎仍大容為其他技術(shù)所淘汰。尊粽架卷帶式自動(dòng)接合(TapeAutomatedBonding,TAB)卷帶式自云仏接合技術(shù)首先于I960代由通用電子(GE)提出。卷帶式自動(dòng)接合制程，即是將晶片與在高分子卷帶上的屬電相連接。而高分子卷帶之材則以polyimide為主，卷帶上之屬層則以銅箔使用最多。卷帶式自動(dòng)接合具有厚薄、接腳間距小且能提供高輸出/入接腳數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，十分適用于需要重輕、體積小之IC產(chǎn)品上。覆晶接合(FlipChip)

覆晶式接合為IBM于I960代中首先開發(fā)而成。其技術(shù)乃于晶之屬墊上生成焊凸塊，而于基版上生成與晶焊凸塊相對(duì)應(yīng)之接點(diǎn)，接著將翻轉(zhuǎn)之晶對(duì)準(zhǔn)基版上之接點(diǎn)將所有點(diǎn)接合。覆晶接合具有最短連接長(zhǎng)、最佳電器特性、最高輸出/入接點(diǎn)密，且能縮小 IC尺寸，增加單位晶圓產(chǎn)能，已被看好為未來(lái)極具潛之構(gòu)裝方式。OOHF皿削報(bào)r/hJran^引腳外弓腳窗口關(guān)論口堆帝之痰為架檯OOHF皿削報(bào)r/hJran^引腳外弓腳窗口關(guān)論口堆帝之痰為架檯(圖：transfer成形法的原)封膠是將打線(wirebonding)后之電子構(gòu)裝半成品，以屬、玻璃、陶瓷或樹脂等材加封于芯片組件外部。其主要之功用在于：保護(hù)芯片，防止刮傷。阻絕濕氣、粉塵、污物等進(jìn)入芯片，避免腐蝕發(fā)生。提供機(jī)械性強(qiáng)，支持導(dǎo)線架(leadframe)。有效地將內(nèi)部產(chǎn)生的熱排出。一般而言，陶瓷或?qū)俜庋b有極佳的致密性，可防止水氣入侵而具有較高的信賴，適于在惡環(huán)境下使用。但其制程較自動(dòng)化，制造周期(cycletime)長(zhǎng)，成本高，亦符合輕、薄、短、小的包裝體趨勢(shì)。因此除特殊用途外，大多已被塑封裝(plasticpackage)取代；因此一般所謂封膠(encapsulation)即專指此一塑封裝制程，或稱為封膠。電子構(gòu)裝之封膠方式大致分成點(diǎn)膠式(glob)和壓模式(molding)，前者用于ChiponBoard或BGA等產(chǎn)品，適用于少、多樣化之彈性生產(chǎn)線，而壓模責(zé)備廣泛地應(yīng)用于各類封膠之大生產(chǎn)。本文即針對(duì)壓模式封膠制程和材做探討。壓模膠(moldingcompound)封膠用的壓模膠分為熱固性(thermosetting)及熱塑性(thermoplastic)兩種。熱塑性膠因?yàn)槿埸c(diǎn)較低，可能在焊錫時(shí)氧化，固甚少用于電子封裝之封膠；熱固性塑一般以環(huán)氧塑 (epoxyresin)為主要原， 在電子構(gòu)裝封膠時(shí)，所采用的樹之要求如下：成型性佳，成型周期短。低黏滯性。脫模性佳，但對(duì)導(dǎo)線架黏著性要好?？谷夹约澳蜔嵝?。高強(qiáng)。長(zhǎng)期保存性。耐腐蝕性。低應(yīng)。單純的樹脂并能滿足上述之各項(xiàng)要求，因此均加上填充劑、硬化劑等，因此一般稱為壓模復(fù)合膠(moldingcompound)，簡(jiǎn)稱壓模膠。壓模膠主宰集成電組件的可靠與信賴， 因此對(duì)于所使用壓模膠之組成及各組成之功能，應(yīng)做詳盡解。表1是加模膠的主要成分與其功能。kl *—■fln:'!iti-i.-[■QB呻鼻H.^irFprijilSflMM5GrWLH?l血口?—心:RISK，E-irtaMmrIKv^HI卜曾"干仆審-寸EV眄ErFrt9131址!■理JAMRHUM￡Wfi&ILU.u■■■in不比?吾M■MLM-EH.-hE￡u^Kig-^stK-ewi-■e-S■'KMiWInsrM?IBM丨酥￥4尸十1■上-iBHKHE-4d-ll4 rwilirKQQH?Fi_m5「工片| liniFBlx?w壓模膠之特性及其測(cè)方法(一)熱膨脹系數(shù)(CoefficientofThermalExpansion,CTE,a)1.定義：在一定溫范圍內(nèi)，壓模膠單位長(zhǎng)的變化與溫呈線性關(guān)系，即溫每升高1°C，單位長(zhǎng)的伸長(zhǎng)即為熱膨脹系數(shù) (CTE)。大多數(shù)的壓模膠在轉(zhuǎn)脆溫(Tg)有較低的CTE，稱al，而在Tg以上則有-較高的a2，一般a2大約等于3a1。測(cè)方法：樣本：壓模成方體或圓柱體。儀器：熱機(jī)Q分析儀(thermalmechanicalanalyzer,TMA)升溫方式：以5°C/min之速由室溫開始加溫。計(jì)算公式：

一Em^^T一Em^^T圖一(二)轉(zhuǎn)脆溫(glasstransitiontemperature,Tg)1.定義：物體在某一溫以上，會(huì)由玻璃態(tài)(glassystate)改變至橡膠態(tài)(rubberstate)，此溫即為轉(zhuǎn)脆溫(Tg)。對(duì)膠聯(lián)聚合物而言，在Tg以上由于自由活云仏的聚合分子鍵增加，其楊氏系數(shù)(Young'smodules)，會(huì)明顯地低，CTE則顯著升高，其他各種物性質(zhì)如介電常數(shù)等亦有所變化。測(cè)方式：與CTE之方式相同。如圖1中Tg大約為175°C。(al和a2斜的交點(diǎn))點(diǎn))，Tg為約值。(三)渦旋動(dòng)長(zhǎng)(spiralflow)定義：將類似蚊香形狀且有刻的模子(如圖2)，安裝于壓模機(jī)上。在一定溫和壓下，將測(cè)試材熔融后擠入溝內(nèi)做成蚊香狀成型品。以渦旋狀蚊香的全長(zhǎng)，即壓模膠在定溫定壓下，硬化前能動(dòng)的距離，用以表示動(dòng)的特性。測(cè)方式：EMMI(EpoxyMoldingMaterialInstitute)I-66規(guī)定其測(cè)條件如下：樣品：粉狀膠模18g。模溫：350°F±2°F(176°C±1°C)。擠膠壓：1000psi±25psi。圖二(四)膠化時(shí)間(geltime)1.定義：模膠由開始變成熔融可動(dòng)狀態(tài)至能動(dòng)固化所需的時(shí)間。2.測(cè)方式：將樣品置于Ramfollower之模具內(nèi)，由儀器上擠膠之Torque之大小決定。orque=0時(shí)表示可云仏開始，Torque急遽增大時(shí)表示開始固化，此兩點(diǎn)之時(shí)間間距即為geltime。另一種手動(dòng)之測(cè)方式，將0.5g膠粉至于熱板上，熱板溫為170°C±1°C，以耐熱棒將膠粉輕輕揉壓成直徑約2~2.5公分之圓形區(qū)域，直到其開始固化，感覺推動(dòng)，則由膠粉至入熱板起至開始固化所需的時(shí)間為geltine，然手云動(dòng)測(cè)試誤差較大，且所測(cè)之時(shí)間比儀器測(cè)約多費(fèi)時(shí)5秒。(五)熔化黏(meltviscosity)定義：黏(viscosity)是指體云仏的阻。模膠的黏并非定直，會(huì)隨時(shí)間、溫而變，壓模膠再剛投入時(shí)為固態(tài)，在模面上時(shí)，隨著受熱時(shí)間增加，開始變成熔融狀，黏低；繼續(xù)受熱即開始固化，黏升高，即為著名的臉盆式曲線(basincurve)測(cè)方式：以-特殊之黏測(cè)試機(jī)， 求取單位時(shí)間之應(yīng)，單位為poise，一般牛頓體之黏均為常數(shù)，但壓模膠呈現(xiàn)非牛頓體， 其黏曲線如圖3所示。臉盆式曲線：-般擠膠選在黏較低處較為恰當(dāng)'如圖中之AB或CD段，溫較高時(shí)，曲線下較快，谷底范圍亦較低溫時(shí)小，然后迅速硬化。圖三()介電常數(shù)定義：一材受單位電壓下，單位體積所能儲(chǔ)存之靜電能稱為介電常數(shù)，介電常數(shù)愈小，其電絕緣性愈佳。介電常數(shù)受頻、溫及濕影響，其變化遠(yuǎn)比其初始值重要，因此產(chǎn)品的密閉性影響極大，有空隙，除提供濕氣的通造成腐蝕外， 在受到電壓時(shí)，空隙將程電場(chǎng)集中現(xiàn)象，引起內(nèi)部放電，導(dǎo)致絕緣破壞。(七)溢膠長(zhǎng)1.溢膠是因樹脂由模面和導(dǎo)線架間之空隙滲出于壓合線外，如圖4所示。溢膠會(huì)使導(dǎo)線架電鍍，當(dāng)溢膠成透明狀，厚小于0.001吋，稱為溢脂(resinbleed)。溢膠性質(zhì)之測(cè)：用圖 5所示之模具，將膠由中央灌入，視能滲入溝槽之深而決定其溢膠特性。圖四圖五（八）其他特性壓模膠尚有其他許多特性，如離子純物含、防火性、熱傳導(dǎo)性等，但因較難測(cè)得且較難掌控，予贅述。（九）壓模膠成分對(duì)模膠特性之影響主要成分NovoLacTypeEpoxyResin增加該成分對(duì)壓模膠特性影響TgT’geltime?,熱穩(wěn)定性T,扌抗?jié)駳庑訲,成本T雙酚A':系g?,geltimeT,熱穩(wěn)定性9,扌抗?jié)駳庑?,成本9,彈性較佳酚系硬化劑酸酐類硬化劑催化劑TgT,geltime9,a9,熱穩(wěn)定性T,扌抗?jié)駳庑訲TgT,geltimeT,a9,適用于高溫,高電壓geltime9,催化劑之選用為壓模膠廠商之最高機(jī)密，必須使壓模膠在25°C致引起明顯反應(yīng)，且在170°C時(shí)能快速反應(yīng)?？谷夹訲,但會(huì)破壞線焊線至芯片上之鋁墊（pad）所形成之Au-AI屬間化合物（Intermetallic）。抗?jié)駳庑訲,增加附著，改善電氣特性，增加撓曲強(qiáng)。?低CTE填充劑（一般用FusedSilica?減少內(nèi)應(yīng)較CrystaIIineSiIica佳）。?散熱佳FusedSiIica是Crystalline?增加黏滯:數(shù)（黏）Silica加熱至2000°C左右而?模具較磨耗得。 ?增加線弧缺點(diǎn)?較損傷焊線抗燃劑耦合劑擠膠壓模圖一般壓模機(jī)多為油壓式，如圖6所示，傳統(tǒng)之模具只有一個(gè)投膠口（pot），但新是自云仏之機(jī)器已改成多投膠口（multi-pot）的設(shè)計(jì)。壓模過程如圖7所示：1.將打線完半成品之導(dǎo)線架置于模面，此時(shí)之?dāng)D膠桿已上升至頂端（擠膠桿有上推式跟下壓式兩種），另在多投膠口設(shè)計(jì)之機(jī)器大多在此時(shí)將導(dǎo)線架與壓模膠（moldingcompoundpellets）-同投入模穴中預(yù)熱。閉合模具。將膠投入，一般膠會(huì)先在預(yù)熱機(jī)上預(yù)熱后再投入，在多投膠口設(shè)計(jì)則此時(shí)為預(yù)熱時(shí)間。適當(dāng)預(yù)熱后，膠達(dá)到最佳黏時(shí)，開始擠膠。膠狀壓模膠注入膠道（runner），再由注膠口（gate）填入模穴（cavity）。在模內(nèi)烘烤硬化后開模。頂針（ejectorpin）頂起成型品。將成型品取出，折去擠膠桿和澆道上形成之廢膠。清刷模面再由步驟1開始。館*粒

壓模問題的克服現(xiàn)象原因改正措施增加之增加之以鋼刷/棒去除或洗模調(diào)整之調(diào)整之清潔之增加膠重或檢視膠是否破損擠膠桿或頭磨損則需換之，否則應(yīng)調(diào)整其與模具之垂直調(diào)整