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。
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。
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。
自黏盒，俗稱果凍盒(Gel-pak)
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 (Adhesive dispensing)
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
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
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- 製程參數條件少，Trial run 時間短
- 生產效率高
- 助銲劑汙染問題
- 材料及相關元件需要能承受高溫
- 高溫氧化問題
熱壓超音波黏晶
Thermosonic- 製程溫度低
- 封裝製程較有彈性
- 晶片成本低
- 污染少，潔淨度高
- 容許較小的球距
- 製程參數條件多，需要較多時間Trial run
- 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
- 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%。
- 使用熱壓超音波黏晶製程超音波功率最大輸出功率100W。
- 製程應用
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