首頁 自動化Die Bonding 黏晶技術, 工程樣品快速封裝無礙

自動化Die Bonding 黏晶技術, 工程樣品快速封裝無礙

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自動化Die Bonding 黏晶技術, 工程樣品快速封裝無礙

by ruby

發佈日期:2019/11/12黏晶
發佈單位:iST宜特

黏晶(Die Bonding)是半導體後段封裝製程重要一環,
隨黏晶標準越加嚴苛,利用自動化設備取代人工作業是必然趨勢。

黏晶

IC黏晶製程為半導體後段封裝製程中非常重要的製程之一,黏晶製程品質攸關整個封裝製程能力,隨著半導體的演進及通訊產品對更高頻率訊號表現,發展出多種黏晶製程。

以往IC封裝以打線製程為主,黏晶(Die Bonding)等配合打線的其他製程,大部分都是以人工作業為主。不過隨著終端產品輕薄短小化及5G時代來臨,黏晶製程不同對於封裝後的電性表現也不同,對於黏晶標準要求也越來越嚴苛。

身為半導體驗證分析的宜特科技,為了協助客戶,後續各項驗證測試與實驗分析可以順利進行,因此在樣品製程階段,提供快速封裝作業,協助客戶進行實驗性工程樣品的IC封裝;為搭配5G時代對黏晶標準的嚴苛要求,宜特快速封裝實驗室引進黏晶(Die Bonding)設備,以解決人工作業所無法達到的黏晶作業項目及黏晶品質。

速讀黏晶(Die Bonding)原理

使用膠水、熱、壓力或超音波等各項製程,將晶粒或元件固定在指定材料上,以利後續樣品打線或功能測試。

Die bonding

自動化黏晶製程共分成三大項,晶粒挑揀(Die Sorting)、黏著劑固晶(Adhesive Die Bonding)、共金製程(Eutectic Process),詳列如下:

  • 晶粒挑揀(Die Sorting)

    將切割後晶圓依照需求條件將晶粒挑檢出來放到合適乘載盒,使其能做下一製程或實驗。

    Die Sorting

    自黏盒,俗稱果凍盒(Gel-pak)

    iST Die Sorting

    晶粒盤(Waffle pack)

  • 黏著劑固晶(Adhesive Die Bonding)

    通過使用黏合膠材將晶粒固定到基板或材料上,黏合膠材特性可以是導電性或非導電性,作業前從低溫冰櫃取出膠材並回溫至常溫使其成為液態狀,再以手動點膠設備將膠材加入基板或材料上,通常需要先測試膠量與晶粒大小是否適合再放上晶粒,完成放晶粒後放入烤箱烘烤使黏合膠材乾燥固化,完成黏晶作業。

    宜特導入黏晶設備,點膠閥使用微型鏍桿閥,跟氣壓閥比較可以更精準控制黏晶膠量,黏晶位置精準度可以控制在 ±5μm @ 3Sigma,以滿足客戶對黏晶位置精準度要求。

    點膠

    點膠 (Adhesive dispensing)

    黏晶

    黏晶完成 (Die bonding completed)

  • 共金製程 ( Eutectic Process)

    將二種相同或不同金屬鍵結,使其達到電性傳導功能,主要有下列二種製程:

    (一)熱壓黏晶 (Thermocompression die bonding)

    熱壓黏晶製程是向銲料層提供熱能促使銲料融化成液態,另一焊接點提供恰好低於銲料熔點溫度,液化銲料滲透到另一黏合表面金屬形成金屬鍵結(intermetallic bond),也稱為濕潤(Wetting),為避免液態銲料造成物件位移,當二接點結合同時可以在上方施加壓力固定銲接物件,使用助銲劑可以增加最佳金屬鍵結,熱壓黏晶製程目前業界使用的銲料以金-錫(Gold-Tin)最多。

    • 製程應用
      – Copper pillar or solder ball Flip chip Bonding
      – Gold-Tin devices die bonding
      – Gold-Tin AuSn lid seal
      – DAF(Die attach film) die bonding
    Thermocompression die bonding

    熱壓黏晶(Thermocompression die bonding) Gold-Tin AuSn lid seal

    (二) 熱壓超音波黏晶(Thermosonic die bonding)

    熱超音波黏晶製程它是一種低溫,清潔及乾燥的封裝黏晶技術,熱壓超音波黏晶是利用機械性超音波震動提供能量使二種金屬結合,常使用的金屬以金對金接合最多,一般熱壓黏晶需要使用>270℃以上的溫度,如此的高溫容易造成基板或一些敏感晶片損壞,熱壓超音波大幅降低黏晶溫度至<150℃,且不需要使用助銲劑及焊接後清洗程序。

    • 製程應用
      – Stud bump flip chip bonding
      – Low temp. eutectic die bond
      – Optics
    Ultrasonic flip chip die bond for stud bump

    超音波覆晶封裝 (Ultrasonic flip chip die bond for stud bump)

    (三) 熱壓黏晶 (Thermocompression die bonding)和熱壓超音波黏晶(Thermosnic die bonding)優缺點比較:
    製程(Process)優點缺點
    熱壓黏晶
    Thermocompression
    1. 製程參數條件少,Trial run 時間短
    2. 生產效率高
    1. 助銲劑汙染問題
    2. 材料及相關元件需要能承受高溫
    3. 高溫氧化問題
    熱壓超音波黏晶
    Thermosonic
    1. 製程溫度低
    2. 封裝製程較有彈性
    3. 晶片成本低
    4. 污染少,潔淨度高
    5. 容許較小的球距
    1. 製程參數條件多,需要較多時間Trial run
    2. 超音波容易將MEMS等晶片敏感元件損壞

    宜特快速封裝實驗室所導入的黏晶設備(Die Bonder)有多項共金製程功能可以選擇,包括

    1. 熱壓黏晶製程: 加熱系統最高溫度400 ℃,除了可以設定升溫曲線,加熱方式也有下部加熱、上部加熱及上下一起加熱三種模式可以選擇,下壓力量輸出最大可達3Kg,下壓力量誤差 ±5%。
    2. 使用熱壓超音波黏晶製程超音波功率最大輸出功率100W。

本文與各位長久以來支持宜特的您,分享經驗,除了黏晶製程問題,若您有工程樣品封裝、客製化封裝需求,或是對相關知識想要更進一步了解細節,不要猶豫,歡迎洽+886-3-579-9909分機6862楊先生(Benson)│ Email: ist_assy@istgroup.com

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