環氧成型模料對構裝後晶片可靠度的影響 - 高雄應用科技大學

環 氧 成 型 模 料 對 構 裝 後 晶 片 可 靠 度 的 影 響 533Wafer GrindingWafer SawDie AttachWire BodingMolding Dejunk&Trim Solder Plating Forming&Singul圖 1-1 封 裝 製 程 流 程半 導 體 封 裝 材 料 的 主 要 功 能 , 在 於 避 免 晶 片 和 連 接 訊 號 之 金 線 受 到 物 理 的 、 化 學 的 損 壞 ( 溫 度 、 濕 度 、應 力 等 ), 以 達 到 封 裝 和 保 護 目 的 。 隨 著 IC 高 性 能 化 的 發 展 , 各 種 產 品 結 構 日 益 複 雜 且 更 精 密 , 半 導 體 封 裝技 術 也 朝 向 高 密 度 化 、 薄 型 封 裝 等 多 樣 性 的 趨 勢 發 展 , 因 此 對 於 封 裝 材 料 的 要 求 不 再 是 保 護 晶 片 與 金 線 的 要求 , 提 高 封 裝 產 品 性 能 與 可 靠 度 更 是 對 封 裝 材 料 的 特 性 要 求 [6]。半 導 體 封 裝 的 方 法 分 為 陶 瓷 和 樹 脂 。 陶 瓷 封 裝 具 有 防 潮 性 佳 、 壽 命 長 , 但 成 本 費 用 高 ; 樹 脂 封 裝 , 它 具有 成 本 低 、 產 量 大 且 性 能 符 合 市 場 需 求 , 故 目 前 是 以 樹 脂 封 裝 為 主 。 一 般 樹 脂 封 裝 用 之 高 分 子 材 料 有 環 氧 樹脂 (Epoxy)、 聚 醯 亞 胺 (Polyimide,PI)、 酚 醛 樹 脂 (Phenolics)、 矽 樹 脂 (Silicones) 等 [7]。 這 四 種 材 料 中 ,除 散 熱 量 大 的 動 力 元 件 必 須 用 成 本 較 高 的 矽 樹 脂 外 , 大 部 分 都 採 用 環 氧 樹 脂 。 使 用 在 封 裝 膠 餅 中 的 環 氧 樹 脂有 雙 酚 A 系 (Bisphenol-A)、Novolacepoxy、 環 狀 脂 肪 族 環 氧 樹 脂 (Cyclicaliphatic)、 環 氧 化 丁 二 烯 等 。[8] 目前 使 用 的 半 導 體 封 裝 材 料 以 磷 甲 酚 醛 的 多 環 性 環 氧 樹 脂 (ο-Creso-Novolac Epoxy Resin;CNE) 為 主 , 其 主 要具 有 下 列 特 性 : 優 良 的 電 氣 性 質 、 形 狀 安 定 ( 固 化 低 收 縮 率 , 且 無 揮 發 性 副 產 物 )、 吸 水 性 不 大 、 耐 高 溫 (Tg>150℃) 及 耐 溶 劑 、 酸 、 鹼 等 化 學 品 , 對 金 屬 與 矽 晶 片 有 極 佳 的 黏 著 性 且 價 格 不 高 [9-10]。半 導 體 封 裝 材 料 的 代 表 性 配 方 :Table 1-1 是 環 氧 樹 脂 封 裝 材 料 的 代 表 性 配 方 組 成 , 其 中 環 氧 樹 脂 約 佔5~12%, 硬 化 劑 (Hardener) 為 酚 醛 樹 脂 約 佔 1~7%; 剩 餘 60%~90% 幾 乎 都 是 無 機 填 充 劑 的 二 氧 化 矽 (SiO 2 ) 如 圖1-2, 由 於 RoHS 法 規 規 定 不 填 加 含 有 溴 化 環 氧 樹 脂 和 Sb 2 O 3 化 學 物 質 ; 偶 合 劑 (Coupling agent) 以 矽 烷 (Silane)系 列 為 主 , 其 作 增 加 封 裝 材 料 和 填 充 劑 、 導 線 架 、 晶 片 之 黏 著 性 以 避 免 脫 層 (Delamination); 而 脫 模 劑 是 改 善成 形 時 候 的 作 業 性 。 硬 化 促 進 劑 對 環 氧 樹 脂 的 硬 化 速 率 及 硬 化 物 的 物 性 有 重 大 影 響 , 一 般 使 用 有 機 磷 化 合 物或 咪 唑 (Imidazole) 化 合 物 。 碳 黑 的 使 用 以 提 高 遮 光 效 果 及 防 止 電 磁 波 之 干 擾 。Table 1-1 環 氧 樹 脂 封 裝 材 料 代 表 性 配 方基 本 材 料 內 容 物 Wieght %環 氧 樹 脂 (Epoxy) ο-Creso-Novolac 5~10硬 化 劑 (Hardener) Phenol 5~10阻 燃 劑 (Flame Retardant) Br 樹 脂 ,Sb 2 O 3