电子封装技术(转注成形)

转注成形应用于电子封装技术前言转注(compression)成形是从压缩成形改而来，在转注成形的加热是在模中加热再加工压缩，但是缺点在于胶温均，以及加工时间太长，所以才有转注成形的改，转注 (transfer)成形在成形品的尺寸、埋入物等可合成形压缩成形法难成的物品，预先关闭模子，将预热的热硬化性成形材投入材室(pot)，加热软化，以柱加压，经竖浇口、横浇道，导入模中，在此加热一定时间而硬化，但后因射出成形法的实用化，逐渐被取代，现在只能应用在有限的地方，而这次我们专题的内容，主要着重在电子封装的封胶技术。随着IC产品需求的日提升，推动电子构装产业的蓬勃发展。而电子制造技术的断发展演进，在IC芯片「轻、薄、短、小、高功能」的要求下，亦使得构装技术断推陈出新，以符合电子产品之需要并进而充分发挥其功能。构装之目的主要有下四种：电传送讯号输送热的去除电保护IC构装依使用材可分为陶瓷(ceramic)及塑(plastic)两种，而目前商业应用上则以塑构装为主。以塑构装中打线接合为，其步骤依序为晶片割(diesaw)＞黏晶(diemount/diebond)、焊线(wirebond)、封胶(mold)、剪/成形(trim/form)、印字(mark)、电镀(plating)及检验.(inspection)等。以下依序对构装制程之各个步骤做一说明：芯片割(DieSaw)芯片割之目的为将前制程加工完成之晶圆上一颗颗之晶(die)割分离。欲进芯片割，首先必须进晶圆黏片，而后再送至芯片割机上进割。 割完后之晶井然有序排于胶带上， 而框架的支撑避免胶带的皱折与晶之相互碰撞。黏晶(DieDond)黏晶之目的乃将一颗颗之晶置于导线架上并以银胶(epoxy)黏着固定。黏晶完成后之导线架则经由传输设备送至弹匣(magazine)内，以送至下一制程进焊线。

焊线(WireBond)焊线乃是将晶上的接点以极细的线(18 50“m)连接到导线架之内引脚，进而藉此将IC晶之电讯号传输至外界。封胶(Mold)封胶之主要目的为防止湿气由外部侵入、以机械方式支持导线、内部产生热之去除及提供能够手持之形体。其过程为将导线架置于框架上并预热，再将框架置于压模机上的构装模上，再以树脂充填并待硬化。剪/成形(Trim/Form)剪之目的为将导线架上构装完成之晶独分开，并把需要的连接用材及部份凸出之树脂除( dejunk)。成形之目的则是将外引脚压成各种预先设计好之形状，以于装置于电版上使用。剪与成形主要由一部冲压机配上多套同制程之模具，加上进及出机构所组成。印字(Mark)印字乃将字体印于构装完的胶体之上，其目的在于注明商品之规格及制造者等信息。检验(Inspection)芯片割之目的为将前制程加工完成之晶圆上一颗颗之检验之目

的为确定构装完成之产品是否合于使用。其中项目包括诸如：外引脚之

平整性、共面、脚距、印字是否清晰及胶体是否有损伤等的外观检验。目前用于构装之技术，大概有以下数种。分别为「打线接合」、「卷带式自动接合」、「覆晶接合」等技术，分述如下：打线接合(WireBonding)打线接合是最早亦为目前应用最广的技术，此技术首先将晶片固定于导线架上，再以细属线将芯片上的电和导线架上的引脚相连接。而随着近来其他技术的兴起，打线接合技术正受到挑战，其市场占有比亦正逐渐减少当中。但由于打线接合技术之简性及捷性，加上长久以来与之相配合之机具、设备及相关技术皆以十分成熟，因此短期内打线接合技术似乎仍大容为其他技术所淘汰。尊粽架卷带式自动接合(TapeAutomatedBonding,TAB)卷带式自云仏接合技术首先于I960代由通用电子(GE)提出。卷带式自动接合制程，即是将晶片与在高分子卷带上的属电相连接。而高分子卷带之材则以polyimide为主，卷带上之属层则以铜箔使用最多。卷带式自动接合具有厚薄、接脚间距小且能提供高输出/入接脚数等优点，十分适用于需要重轻、体积小之IC产品上。覆晶接合(FlipChip)

覆晶式接合为IBM于I960代中首先开发而成。其技术乃于晶之属垫上生成焊凸块，而于基版上生成与晶焊凸块相对应之接点，接着将翻转之晶对准基版上之接点将所有点接合。覆晶接合具有最短连接长、最佳电器特性、最高输出/入接点密，且能缩小 IC尺寸，增加单位晶圆产能，已被看好为未来极具潜之构装方式。OOHF皿削報r/hJran^引腳外弓腳窗口關論口堆帝之痰為架檯OOHF皿削報r/hJran^引腳外弓腳窗口關論口堆帝之痰為架檯(图：transfer成形法的原)封胶是将打线(wirebonding)后之电子构装半成品，以属、玻璃、陶瓷或树脂等材加封于芯片组件外部。其主要之功用在于：保护芯片，防止刮伤。阻绝湿气、粉尘、污物等进入芯片，避免腐蚀发生。提供机械性强，支持导线架(leadframe)。有效地将内部产生的热排出。一般而言，陶瓷或属封装有极佳的致密性，可防止水气入侵而具有较高的信赖，适于在恶环境下使用。但其制程较自动化，制造周期(cycletime)长，成本高，亦符合轻、薄、短、小的包装体趋势。因此除特殊用途外，大多已被塑封装(plasticpackage)取代；因此一般所谓封胶(encapsulation)即专指此一塑封装制程，或称为封胶。电子构装之封胶方式大致分成点胶式(glob)和压模式(molding)，前者用于ChiponBoard或BGA等产品，适用于少、多样化之弹性生产线，而压模责备广泛地应用于各类封胶之大生产。本文即针对压模式封胶制程和材做探讨。压模胶(moldingcompound)封胶用的压模胶分为热固性(thermosetting)及热塑性(thermoplastic)两种。热塑性胶因为熔点较低，可能在焊锡时氧化，固甚少用于电子封装之封胶；热固性塑一般以环氧塑 (epoxyresin)为主要原， 在电子构装封胶时，所采用的树之要求如下：成型性佳，成型周期短。低黏滞性。脱模性佳，但对导线架黏着性要好。抗燃性及耐热性。高强。长期保存性。耐腐蚀性。低应。单纯的树脂并能满足上述之各项要求，因此均加上填充剂、硬化剂等，因此一般称为压模复合胶(moldingcompound)，简称压模胶。压模胶主宰集成电组件的可靠与信赖， 因此对于所使用压模胶之组成及各组成之功能，应做详尽解。表1是加模胶的主要成分与其功能。kl *—■fln:'!iti-i.-[■QB呻鼻H.^irFprijilSflMM5GrWLH«l血口•—心:RISK，E-irtaMmrIKv^HI卜曾"干仆审-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压模胶之特性及其测方法(一)热膨胀系数(CoefficientofThermalExpansion,CTE,a)1.定义：在一定温范围内，压模胶单位长的变化与温呈线性关系，即温每升高1°C，单位长的伸长即为热膨胀系数 (CTE)。大多数的压模胶在转脆温(Tg)有较低的CTE，称al，而在Tg以上则有-较高的a2，一般a2大约等于3a1。测方法：样本：压模成方体或圆柱体。仪器：热机Q分析仪(thermalmechanicalanalyzer,TMA)升温方式：以5°C/min之速由室温开始加温。计算公式：

一Em^^T一Em^^T图一(二)转脆温(glasstransitiontemperature,Tg)1.定义：物体在某一温以上，会由玻璃态(glassystate)改变至橡胶态(rubberstate)，此温即为转脆温(Tg)。对胶联聚合物而言，在Tg以上由于自由活云仏的聚合分子键增加，其杨氏系数(Young'smodules)，会明显地低，CTE则显著升高，其他各种物性质如介电常数等亦有所变化。测方式：与CTE之方式相同。如图1中Tg大约为175°C。(al和a2斜的交点)点)，Tg为约值。(三)涡旋动长(spiralflow)定义：将类似蚊香形状且有刻的模子(如图2)，安装于压模机上。在一定温和压下，将测试材熔融后挤入沟内做成蚊香状成型品。以涡旋状蚊香的全长，即压模胶在定温定压下，硬化前能动的距离，用以表示动的特性。测方式：EMMI(EpoxyMoldingMaterialInstitute)I-66规定其测条件如下：样品：粉状胶模18g。模温：350°F±2°F(176°C±1°C)。挤胶压：1000psi±25psi。图二(四)胶化时间(geltime)1.定义：模胶由开始变成熔融可动状态至能动固化所需的时间。2.测方式：将样品置于Ramfollower之模具内，由仪器上挤胶之Torque之大小决定。orque=0时表示可云仏开始，Torque急遽增大时表示开始固化，此两点之时间间距即为geltime。另一种手动之测方式，将0.5g胶粉至于热板上，热板温为170°C±1°C，以耐热棒将胶粉轻轻揉压成直径约2~2.5公分之圆形区域，直到其开始固化，感觉推动，则由胶粉至入热板起至开始固化所需的时间为geltine，然手云动测试误差较大，且所测之时间比仪器测约多费时5秒。(五)熔化黏(meltviscosity)定义：黏(viscosity)是指体云仏的阻。模胶的黏并非定直，会随时间、温而变，压模胶再刚投入时为固态，在模面上时，随着受热时间增加，开始变成熔融状，黏低；继续受热即开始固化，黏升高，即为著名的脸盆式曲线(basincurve)测方式：以-特殊之黏测试机， 求取单位时间之应，单位为poise，一般牛顿体之黏均为常数，但压模胶呈现非牛顿体， 其黏曲线如图3所示。脸盆式曲线：-般挤胶选在黏较低处较为恰当'如图中之AB或CD段，温较高时，曲线下较快，谷底范围亦较低温时小，然后迅速硬化。图三()介电常数定义：一材受单位电压下，单位体积所能储存之静电能称为介电常数，介电常数愈小，其电绝缘性愈佳。介电常数受频、温及湿影响，其变化远比其初始值重要，因此产品的密闭性影响极大，有空隙，除提供湿气的通造成腐蚀外， 在受到电压时，空隙将程电场集中现象，引起内部放电，导致绝缘破坏。(七)溢胶长1.溢胶是因树脂由模面和导线架间之空隙渗出于压合线外，如图4所示。溢胶会使导线架电镀，当溢胶成透明状，厚小于0.001吋，称为溢脂(resinbleed)。溢胶性质之测：用图 5所示之模具，将胶由中央灌入，视能渗入沟槽之深而决定其溢胶特性。图四图五（八）其他特性压模胶尚有其他许多特性，如离子纯物含、防火性、热传导性等，但因较难测得且较难掌控，予赘述。（九）压模胶成分对模胶特性之影响主要成分NovoLacTypeEpoxyResin增加该成分对压模胶特性影响TgT’geltime®,热稳定性T,扌抗湿气性T,成本T双酚A':系g®,geltimeT,热稳定性9,扌抗湿气性9,成本9,弹性较佳酚系硬化剂酸酐类硬化剂催化剂TgT,geltime9,a9,热稳定性T,扌抗湿气性TTgT,geltimeT,a9,适用于高温,高电压geltime9,催化剂之选用为压模胶厂商之最高机密，必须使压模胶在25°C致引起明显反应，且在170°C时能快速反应。抗燃性T,但会破坏线焊线至芯片上之铝垫（pad）所形成之Au-AI属间化合物（Intermetallic）。抗湿气性T,增加附着，改善电气特性，增加挠曲强。•低CTE填充剂（一般用FusedSilica•减少内应较CrystaIIineSiIica佳）。•散热佳FusedSiIica是Crystalline•增加黏滞:数（黏）Silica加热至2000°C左右而•模具较磨耗得。 •增加线弧缺点•较损伤焊线抗燃剂耦合剂挤胶压模图一般压模机多为油压式，如图6所示，传统之模具只有一个投胶口（pot），但新是自云仏之机器已改成多投胶口（multi-pot）的设计。压模过程如图7所示：1.将打线完半成品之导线架置于模面，此时之挤胶杆已上升至顶端（挤胶杆有上推式跟下压式两种），另在多投胶口设计之机器大多在此时将导线架与压模胶（moldingcompoundpellets）-同投入模穴中预热。闭合模具。将胶投入，一般胶会先在预热机上预热后再投入，在多投胶口设计则此时为预热时间。适当预热后，胶达到最佳黏时，开始挤胶。胶状压模胶注入胶道（runner），再由注胶口（gate）填入模穴（cavity）。在模内烘烤硬化后开模。顶针（ejectorpin）顶起成型品。将成型品取出，折去挤胶杆和浇道上形成之废胶。清刷模面再由步骤1开始。馆*粒

压模问题的克服现象原因改正措施增加之增加之以钢刷/棒去除或洗模调整之调整之清洁之增加胶重或检视胶是否破损挤胶杆或头磨损则需换之，否则应调整其与模具之垂直调整