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研究生: 劉春松
Liu, Chun-Sung
論文名稱: 鋁墊下電路型晶片銲線製程參數最佳化分析
Wire bonding optimization through design of experiment of the circuit-under-pad devices
指導教授: 周榮華
Chou, Jung-Hun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系碩士在職專班
Department of Engineering Science (on the job class)
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 97
中文關鍵詞: 銲線製程田口式實驗計劃法CUP結構鋁墊龜裂
外文關鍵詞: Wire bonding, Taguchi DOE, CUP wafer, Bond pad defect
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  • 消費性電子產品不斷的在輕薄短小攜帶便利及功能性需求前提下,電子元件從晶圓的設計到製作,以及後續的封裝製程,就格外顯得特別重要。

    本研究針對在先進的半導體晶圓製程上,鋁墊下的空間被充分的利用而發展之 CUP (Circuit Under Pad) 結構,探討鋁墊下電路型晶片於銲線製程中因鋁墊龜裂所衍生之良率不佳問題,利用田口實驗計劃法,針對製程參數來求得參數最佳化研究,希望透過參數最佳化及驗證分析,使得鋁墊下電路型晶片之鋁墊龜裂問題能予以改善。

    由最佳化參數驗證在CUP 結構的晶片,其金線(2N與4N)與鋁墊厚度在10000 Å (1.0 μm)以上,銲線良率與推球、拉力值皆達到規格,且其鋁墊皆無有受損情形;反之在銅線的最佳化參數驗證部份,須各別依其特性去設計DOE來量身訂作適合的參數,以降低因線材特性造成鋁墊受損風險,其銅線的製程參數是極小的作業參數範圍,甚至是沒有作業範圍,故銅線在CUP 結構晶片之實際應用上,仍需進ㄧ步研究。

    With the trend of consumer electronics pushing toward thin﹐light﹐small﹐mobile and high performance﹐the manufacturing of semiconductors from IC design﹐wafer fabrication and device assembly is important.

    In the advanced wafer process﹐the space under the bonding pad is used in full so that the idea of CUP (Circuit under Pad) structure is developed. CUP wafers tend to have low yields due to the pad crack during the process of wire bonding. In this study﹐Taguchi DOE method is used to find out the optimal parameter for yield improvement. The pad crack problem of CUP wafer is prevented by bonding with the optimal parameters.

    Under the optimal parameters of CUP wafer bonding﹐for pad
    thickness over 10000Å (1.0 µm)﹐both Au wires of 2N and 4N result in good yield as the bond pull & ball shear tests met the specification and no pad damage observed. However﹐for Cu wires﹐the process window is very narrow. In other words﹐bonding with Au wire can be optimized﹐but for Cu wires﹐ further investigation is required for CUP wafers.

    中文摘要 --------------------------------------------------I Abstract ------------------------------------------------II 誌謝 ----------------------------------------------------III 目錄 -----------------------------------------------------IV 圖目錄 ---------------------------------------------------VI 表目錄 ---------------------------------------------------IX 第一章 緒論 1.1 前言 -------------------------------------------------1 1.2 電子封裝概述 ------------------------------------------2 1.3 研究背景與動機 ---------------------------------------11 1.4 研究目的與方法 ---------------------------------------13 第二章 文獻回顧與理論基礎 2.1 銲線在晶圓製程方面 ------------------------------------14 2.2 銲線製程參數與實驗計劃法方面 ---------------------------15 2.3 銲線理論基礎 -----------------------------------------16 2.4 實驗計劃理論基礎 --------------------------------------31 第三章 研究設計與方法 3.1 田口式實驗計畫法 -------------------------------------39 3.2 實驗機台與材料條件 -----------------------------------39 3.3 主要因子與水準 ---------------------------------------40 3.4 直交表 ----------------------------------------------42 3.5 收集資料與結果檢測 -----------------------------------42 第四章銲線製程簡介與實驗前準備 4.1 銲線製程簡介 ----------------------------------------44 4.2 實驗前準備動作 --------------------------------------44 第五章 結果與討論 5.1 實驗結果----------------------------------------------54 5.2 確認與驗證 (3) ---------------------------------------59 5.3 確認與驗證 (1) ---------------------------------------62 5.4 確認與驗證 (2) ---------------------------------------66 5.5 確認與驗證 (3) ---------------------------------------69 5.6 確認與驗證 (4) ---------------------------------------72 5.7 確認與驗證 (5) ---------------------------------------81 第六章 結論與建議 6.1 結論-------------------------------------------------85 6.2 未來研究方向與建議-------------------------------------85 參考文獻 -------------------------------------------------87 附錄A 4N與2N金線機械特性----------------------------------91 附錄B 金線與銅線特性 -------------------------------------92 附錄C K&S wire bonder機台能力列表 ------------------------93 附錄D 鋁墊厚度-------------------------------------------94 名詞縮寫之全文對照-----------------------------------------96

    [ 1 ] www.eettaiwan.com 電子工程專輯。
    [ 2 ] Rao R. Tummala ,“Fundamentals of Microsystems Packaging ”
    ,McGraw-Hill ,2001.
    [ 3 ] 鄭崇義編著,“田口品質工程技術理論與實務”,中華民國品質
    學會,2000年1月3版。
    [ 4 ] B. Langenecker,“Effects of Ultrasound on Deformation
    Characteristics of Metals”,IEEE Transitions of Sonics and Ultrasonics,Vol.SU-13,no.1 pp.1-8,1995.
    [ 5 ] K.C. Joshi,“The Formation of Ultrasonic Bonds Between Metals”,
    Welding Journal,Vol.50,pp.840-848,1971.
    [ 6 ] Kazuya Fujita,Kenji Toyozawa ,Syozo Minamide and
    Takamichi Maeda,“ Development of Copper Wire Bonding Application Technology”,IEEE Transactions on components, Hybrids ,and Manufacturing Technology,vol.13,no4,pp.667-670,1990.
    [ 7 ] Luu T. Nguyen ,David McDonald,Anselm R . Danker,Member,
    “Optimization of Copper Wire Bonding on Al-Cu Metallization
    ”,IEEE Transactions on Components,Packaging,and Manufacturing Technology ,vol.18,no2, pp.423-427,1995.
    [ 8 ] 三聯科技,“銅線封裝技術”,pp.3-9,2000。
    [ 9 ] M. Tagami ,H. Ohtake,M. Abe,F.Ito,T.Takeuchi ,K.Ohto , T.Usami ,M.Suzuki ,T.Suzuki ,N.Sashida and Y.Hayashi, “Comprehensive Process Design for Low-cost Chip Packaging
    with Circuit-under-pad(CUP) Structure in Porous-SiOCH Film”,NEC Electronics Corporation ,pp.12-14,2005.
    [ 10 ] 林業超,“銲線機製程參數研究分析”,國立中興大學碩士論文,
    1999。
    [ 11 ] 張豐程,“IC封裝製程中影響銲線品質之參數最佳化研究”,國立
    高雄第一科技大學碩士論文, 2003。
    [ 12 ] 吳佳潁,“CUP產品銲線製程能力改善與分析”,國立中山大學碩
    士論文,2007。
    [ 13 ] 江國寧,“微電子系統封裝基礎理論與應用技術”,滄海書局,2006年5月。
    [ 14 ] K&S 8028 PPS Gold Ball Wire Bonder Advance Parameter
    Training. K&S level 2 traning manual 初版,2002。
    [ 15 ] GAISER銲針型錄。Gasier,rev 13,2009。
    [ 16 ] 張正賢譯,Douglas C. Montgomery著,“統計與品質管制”,華
    泰書局,1993。
    [ 17 ] 許雪碧,“直交表與直交實驗設計”,國立台灣大學碩士論文,1986。
    [ 18 ] 李輝煌,“田口方法-品質設計的原理與實務”,高立書局,2003
    年。
    [ 19 ] 傅和彥、黃世滔著,“品質管理”,前程企業管理公司出版,1999

    [ 20 ] 卓志鴻,“相關性資料製程能力指標之研究”,雲林科技大學碩士
    論文,1999。
    [ 21 ] 申賢英,“製程能力指標CPK大小順序判斷之研究”,輔仁大學
    碩士論文,2001。
    [ 22 ] 蔡育德,“製程能力指標改善之研究”,清華大學碩士論文,
    2000。
    [ 23 ] PECO Bonding Capillary型錄。PECO,2008。
    [ 24 ] K&S 8028 PPS Gold Ball Wire Bonder Basic Parameter Training. K&S level 1 traning manual 初版,2002。
    [ 25 ] SPT Bonding Capillary型錄。SPT,2009。
    [ 26 ] 許人助,“設計與製程能力用於良率最佳化之分析”,中華大學
    碩士論文,2000。
    [ 27 ] S.Mori and H.Yoshida,“The Development of New Copper Ball
    Bonding-Wire”,Proc. of 38th IEEE Electronics Components Conference, New York,NY.1988.
    [ 28 ] S.L. Khoury, D.J. Burkhard, D.P. Galloway,and T.A. Scharr,“A Comparison of Copper and Gold Wire Bonding on Integrated
    Circuit Devices”,IEEE Trans. Compon. Hybrids Manuf.
    Technol,pp.673-681,1990.
    [ 29 ] KY Chou,MJ Chen,CC Lin,YS Su,CS Hou,TC Ong ,“Die
    Cracking Evaluation and Improvement in ULSI Plastic Package
    ”,IEEE int. conf. on Microelectronic Test Structure,pp.239-244 ,
    2001.
    [ 30 ] H. Saiki,Y. Marumo,H. Nishitake,T. Uemura,T. Yotsumoto,“
    Deformation Analysis of Au Wire Bonding”,Journal of Material
    Processing Technology,Vol.177,pp709-712,2006.
    [ 31 ] H.J. Kim, J.Y. Lee,K.W. Paik, K.W. Koh,J. Won,S. Choe,J. Lee, J.T. Moon,Y.J. Park,“Effects of Cu/Al Intermetallic Compound
    (IMC) on Copper Wire and Aluminum Pad Bondability”,IEEE
    Transactions on components and Packaging Technologies,
    Vol.26,pp367-374,2003.
    [ 32 ] JESD22-B116 WIRE BOND SHEAR TEST. Jedec ,July,1998.

    下載圖示 校內:2015-09-10公開
    校外:2015-09-10公開
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