薄膜型黏晶材料於電子構裝應用之研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	王宗仁
論文名稱：	薄膜型黏晶材料於電子構裝應用之研究
指導教授：	張一熙 Chang Y. S.
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2000
畢業學年度：	88
語文別：	中文
論文頁數：	62
中文關鍵詞：	電子構裝、薄膜型黏晶材料、環氧樹脂、黏晶參數
外文關鍵詞：	package, die attach film, epoxy, die bond parameter
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隨著高密集化半導體之技術不斷進步，元件的尺寸要求日趨嚴格，輕薄短小成為高科技時勢的需求。本論文專注在元件構裝厚度減少方面的研究。主要的研究項目包括使用厚度均勻及方便使用的薄膜型環氧樹脂做為晶片黏接材料，及使用薄晶片來減少元件構裝的厚度。
薄膜型黏晶環氧樹脂除了具有環氧樹脂本身優越的接著性、電氣絕緣性和物理及機械性質外，硬化時的收縮率小，耐環境及耐藥品特性也相當穩定，而且易高純化，可以製造成含離子雜質較少的成品。除此之外，環氧樹脂及配合使用的硬化劑、稀釋劑、填充物等各種添加劑的種類相當豐富，因此可以因應各種材料的要求特性作適當調配。本實驗先從黏晶參數對最後品質的影響著手，再進一步觀察各參數之間的相互作用。最後再將最佳參數應用在薄晶片構裝上，以研究吸頭形狀對壓力分布的影響，進而探討壓力分布對黏晶品質的好壞影響。

目    錄
中文摘要………………………………………………………… Ⅰ

致謝……………………………………………………………… Ⅱ

目錄……………………………………………………………… Ⅲ

表目錄…………………………………………………………… Ⅴ

圖目錄…………………………………………………………… Ⅵ

第一章 緒論…………………………………………………... 1

第二章 文獻回顧………………………………………………. 4

   2.1 晶片黏結……………………………………………... 4

     2.1.1 共晶黏結法………………………………………  4

     2.1.2 玻璃膠黏結法……………………………………  5

     2.1.3 高分子膠黏結法…………………………………  5

     2.1.4 銲接黏結法 …………………………………….. 6

     2.1.5覆晶接合 ………………………………………... 6

   2.2 環氧樹脂…………………………………………...   7

      2.2.1 環氧樹脂的構造……………………………….. 7

      2.2.2逐步硬化反應…………………………………... 9

      2.2.3 環氧樹脂熱硬化之反應機構………………….. 10

   2.3  接著強度……………………………………………… 11

      2.3.1 黏著強度……………………………………….. 11

      2.3.2 環境效應……………………………………….  13

 2.4剪力測試…………………………………………………… 16

第三章 實驗方法與步驟………………………………………. 18

   3.1 實驗之流程規畫………………………………………. 18

   3.2 實驗儀器………………………………………………. 20

       3.2.1 上片機台………………………………………. 20

       3.2.2 掃描式聲學顯微鏡……………………………. 23

       3.3.3 晶片剪力測試機台……………………………. 25

       3.3.4 掃描式電子顯微鏡……………………………. 26

   3.3 實驗步驟與方法………………………………………. 27

第四章 研究結果與討論…………………………………….   31

   4.1 黏晶參數對黏晶品質之影響………………………..  31

       4.1.1 溫度對黏晶品質的影響………………………. 31

       4.1.2 時間對黏晶品質的影響………………………. 36

       4.1.3 壓力對黏晶品質的影響………………………. 40

       4.1.4 黏晶參數對黏晶品質影響之比較………………        44

   4.2 吸頭形狀對黏晶品質的影響…………………………..        46

       4.2.1 ANSYS分析……………………………………...        48

       4.2.2 實驗結果與分析…………………………………        54

第五章 結論……………………………………………………..        59

參考文獻………………………………………………………… 60

 表 目 錄

表2.1 環氧樹脂特性…………………………………………….        7

表3.1 實驗條件之參數……………………………………….. 29

表3.2 黏晶參數表…………………………………………..   30

表3.2 吸頭尺寸表…………………………………………….. 30

表4.1 Bond temperature對晶片剪力值之實驗數據……….. 32

表4.2 Bond time對晶片剪力值之實驗數據………………..  36

表4.3 Bond force對晶片剪力值之實驗數據……………….. 40

 圖 目 錄

Fig 2.1 環氧基……………………………………………………       8

Fig 2.2 環氧反應…………………………………………………       9

Fig 2.3 Lap shear test specimen for ASTM D1002……….        16

Fig 2.4 Parabolic stress distribution in Lap-shear specime..............................................     16

Fig 2.5 Distortion caused by loading single-lap-shear specimen.............................................  17

Fig 3.1實驗流程…………………………………………………        19

Fig 3.2上片機台構造示意圖……………………………………        20

Fig 3.3機械手臂構造示意圖……………………………………        22

Fig 3.4超音波原理………………………………………………        23

Fig 3.5超音波反射示意圖………………………………………        24

Fig 3.6 Die shear tester示意圖…………………………….        25

Fig 3.7掃描式電子顯微鏡基本構造圖…………………………        26

Fig 3.8 上片過程……………………………………………...        27

Fig 3.9 吸片頭形狀…………………………………………...        30

Fig 4.1 RP-571-7 DSC曲線…………………………………….        33

Fig 4.2 在bond force 400g和bond time 3sec時，改變bond temperature所得之剪力值……………………………………..  34

Fig 4.3 SAM觀察黏晶接合之品質……………………………..        35

Bond force 400g, Bond time 3sec

Bond temperature 80 ~ 155℃

Fig 4.4 在bond temperature 140℃和bond force 400g時，改變bond time所得之剪力值…………………………………………...    38

Fig 4.5 SAM觀察黏晶接合之品質…………………………... 39

Bond temperature 140℃, Bond force 400g

Bond time 1 ~ 5 sec

Fig 4.6 在bond temperature 140℃和bond time 3sec時，改變bond time所得之剪力值………………………………………………    42

Fig 4.7 SAM觀察黏晶接合之品質……………………………  43

  Bond temperature 140℃, Bond time 3sec

      Bond force 100 ~ 500 g

Fig 4.8 SAM觀察黏晶接合之品質(110℃, 500g, 5sec )……        45

Fig 4.9 SAM觀察黏晶接合之品質(140℃, 500g, 1sec)…….        45

Fig 4.10 傳統吸片頭形狀……………………………………...       46

Fig 4.11 SAM觀察黏晶接合之品質…………………………...        47

       正方形吸頭, 120℃, 1kg (8x7mm)

Fig 4.12 經350℃高溫破壞之黏著面………………………...        47

    (a) 為基板 (b) 為Die之接著面

    圖中可明顯分辨出未黏著之區域

Fig 4.13 正方形吸頭(6 x 6 mm)之應力分佈圖………………        51

Fig 4.14 長方形吸頭(8 x 3.5 mm)之應力分佈圖……………        52

Fig 4.15 對照組吸頭(3 x 3 mm)之應力分佈圖………………        53

Fig 4.16 使用正方形吸頭的黏晶品質………………………..        55

Fig 4.17 使用長方形吸頭的黏晶品質………………………..        55

Fig 4.18  SEM觀察Fig 4.16脫層………………………………        57

Fig 4.19  SEM觀察Fig 4.16脫層邊緣…………………………        57

Fig 4.20  SEM觀察Fig 4.17 void 情形……………………..        58

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