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研究生: 林文山
Lin, Wen-Shan
論文名稱: 覆晶封裝底部封膠技術之研究
Study on underfill encapsulation of flip chip
指導教授: 楊文彬
Young, Wen-Bin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 70
中文關鍵詞: 毛細作用底部封膠覆晶錫球間距
外文關鍵詞: flip-chip, bumping pitch, capillary, underfill encapsulant
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  • 在電子產業之快速發展中,為了因應產品短小、輕薄、高密度I/O等發展的要求,半導體封裝技術朝面陣列封裝的趨勢來發展。近年來,有別於一般傳統封裝(wire bonding)之覆晶(flip chip)因具備低成本、迷你化、重量輕和高性能等眾多優點,而於現今封裝技術中,有舉足輕重的角色;然而由於晶片與基板的熱膨脹係數差異頗大,在組裝過程中,易因熱循環產生熱應力集中,造成元件的破壞;為了減少熱應力的產生,在晶片與基板中充填封裝材料,以減少晶片與基板之熱膨脹係數差異。但是由於利用然毛細作用力做為充填驅動力,充填時間相當長,且充填過程易產生缺陷,因此,如何縮短製程時間及充改善充填品質來提高生產效能是覆晶封裝技術發展的主要關鍵。本文希望針對毛細作用填膠的過程,研究不同的錫球間距與排列方式對毛細作用的影響,以充分了解填膠時毛細作用的特徵與流場間的關係,並嘗試以不同幾何設計來改變填膠過程的速度。經實驗發現,不同的間距配合適當的排列方式可得到理想的流動模式,搭配幾何形狀的改變可進一步縮短流動時間。

    關鍵字:覆晶、底部封膠、毛細作用、錫球間距

    The demands of electronic packages toward lower profile, lighter weight, and higher density of I/O leads to rapid expansion in the field of area array package. Based on this concept, development of flip chip technology attracts more attention than the traditional package such as wire bonding. However, due to the mismatch of the coefficient of thermal expansion between the chip and substrate, the solder joints will experience fatigue failure during temperature cycling and lead to electrical failure. This problem can be significantly reduced by filling the gaps between chip and substrate with encapsulant. The underfilling process is driven by capillary force and this slow process of underfilling limits the productivity. Therefore, it is essential to increasing the filling speed in the underfilling process and avoids the defects. In this study, the effects of the solder bump pitch and chip geometry on the underfilling flow were investigated. It was found that the geometric shape of the chip might affect the filling speed of the underfilling process. In filling of fine pitch solder bumps, the capillary effect is anisotropic, which leads to the non-uniform filling pattern observed in experiments.

    Key word:flip-chip、underfill encapsulant、capillary、bumping pitch

    授權書 中文摘要 英文摘要 誌謝 目錄 Ι 表目錄 Ⅳ 圖目錄 Ⅴ 第一章、緒論 1-1 簡介 1 1-2 研究動機與目的 2 1-3 文獻回顧 4 1-4 論文架構 5 第二章、底部封膠之基礎簡介 2-1 底部封膠簡介 6 2-1-1 底部封膠之功能與製程 7 2-1-2 底部封膠製程之探討 9 2-2 實驗設備 10 2-2-1 分厘卡 11 2-2-2 雷射測距儀 11 2-2-3 除氣設備 12 2-2-4 研磨拋光機 12 2-2-5 光學倍率鏡 13 2-2-6 CCD彩色攝影機 13 2-2-7 光源產生器 13 2-2-8 光阻塗佈儀 14 2-2-9 曝光機 14 2-2-10 表面粗度儀 14 第三章、邊界與流動時間之研究 3-1實驗參數之決定 15 3-2實驗規劃與設計 16 3-3實驗步驟 17 第四章、錫球分佈與膠材性質之研究 4-1 實驗規劃與設計 19 4-2 實驗材料之製程 20 4-2-1 錫球製作 20 4-2-2 高度確認 22 4-2-3 基板製作 22 4-2-4 接合 23 4-3實驗Ⅱ-1 23 4-4 實驗Ⅱ-2 24 第五章、流動觀察與實驗結果 25 5-1探討實驗Ι之結果 25 5-2探討實驗Ⅱ之結果 26 第六章、結論與建議 31 參考文獻 33 自述 著作權聲明 表目錄 表2-1 附著角度與形狀因素 35 表3-1 流動時間數據 36 表4-1 錫球數目與邊界長度 37 表4-2 錫球之製程參數 38 表4-3 基板之製程參數 39 表4-4 流動時間數據 40 表4-5 流動時間(中央點膠) 40 圖目錄 圖 1-1 覆晶示意圖 41 圖 1-2 覆晶結構圖 41 圖 1-3 覆晶式構裝 42 圖 1-4 覆晶式組裝 42 圖 1-5 覆晶封裝之流程 43 圖 1-6 毛細現象法填膠 44 圖 1-7 填膠示意圖 44 圖 2-1 底部充填作用機構 45 圖 2-2 液狀底部充填所使用的點膠機 45 圖 2-3 附著角度示意圖 46 圖 2-4 晶片邊緣膠量示意圖 46 圖 2-5 分厘卡 47 圖 2-6 雷射測距儀 47 圖 2-7 除氣設備 48 圖 2-8 研磨拋光機 49 圖 2-9 光學倍率鏡 49 圖 2-10 光源產生器 50 圖 2-11光阻塗佈儀 50 圖 2-12 曝光機 51 圖 2-13 表面粗度儀 51 圖 3-1 邊界型態示意圖 52 圖 3-2 基座設計圖 53 圖 3-3 間隙高度量測 54 圖 3-4 基座(含PCB板) 54 圖 3-5 配置進口點 55 圖 3-6 時間計算終點線 55 圖 4-1 間距示意圖 56 圖 4-2 錫球成品 57 圖 4-3 高度確認 57 圖 4-4 接合測試 58 圖 4-5 配置與點膠 58 圖 5-1 底膠流動過程 59 圖 5-2 進膠口端流量示意 60 圖 5-3 轉角繞膠示意 61 圖 5-4 膠材之輪廓剖面 62 圖 5-5底膠於不同邊界之前導 63 圖 5-6 不同邊界之流場 64 圖 5-7 水於不同間距之流場 65 圖 5-8 膠材與界面間之接觸角 66 圖 5-9 由中央點膠不同間距之流場 67 圖 5-10 由角落點膠不同間距之流場 68 圖 5-11 中央點膠之流動作用力表示 69 圖 5-12 250μm中央點膠局部放大之流動 69 圖 5-13 角落點膠之局部流動示意 70 圖 5-14 250μm角落點膠局部放大之流動 70

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    下載圖示
    2005-07-07公開
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