半導體封裝之現況及未來趨勢

目錄 半導體 何為半導體封裝? 封裝的四大功能 型態與結構 封裝製程 未來趨勢 資料來源

半導體 半導體是指一種導電性可受控制，範圍可從絕緣體至導體之間的材料。無論從科技或是經濟發展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產品，如計算機、行動電話或是數位錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關連。常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵等，而矽更是各種半導體材料中，在商業應用上最具有影響力的一種。 一般半導體材料的能隙約為1至3電子伏特，介於導體和絕緣體之間。因此只要給予適當條件的能量激發，或是改變其能隙之間距，此材料就能導電。 半導體通過電子傳導或電洞傳導的方式傳輸電流。電子傳導的方式與銅線中電流的流動類似，即在電場作用下高度電離的原子將多餘的電子向著負離子化程度比較低的方向傳遞。電洞導電則是指在正離子化的材料中，原子核外由於電子缺失形成的「電洞」，在電場作用下，電洞被少數的電子補入而造成電洞移動所形成的電流（一般稱為正電流）。

傳導帶 Eg 能隙 價帶 導體 半導體 絕緣體

何為半導體封裝? 是一種用於容納、包覆一個或多個半導體元器件或積體電路的載體/外殼，外殼的材料可以是金屬、塑料、玻璃、或者是陶瓷。當半導體元器件核心或積體電路等從晶圓上刻蝕出來並切割成為獨立的晶粒以後，在積體電路封裝階段，將一個或數個晶粒與半導體封裝組裝或灌封為一體。半導體封裝為晶粒提供一定的衝擊/劃傷保護，為晶粒提供與外部電路連接的引腳或觸點，在晶粒工作時幫助將晶粒工作產生的熱量帶走。 Fig.1 半導體封裝測試實驗室

封裝的四大功能 1、電力傳送：所有電子產品皆是以「電」為能源，然而電力之傳送必須經過線路之連接方可達成，IC 封裝即具有此一功能 。 2、訊號傳送：IC產生之訊號，或外界輸入的訊號，需透過封裝層線路的傳送以達正確的位置，因此在經過封裝使各線路連接後，各電子元件間的訊號傳遞自然可經由這些電路加以輸送 。 3、熱的去除：IC封裝的另一個功能就是藉由封裝材料之導熱功能，將電子於線路間傳遞所產生的熱量去除，使IC 晶片可在工作溫度下（約< 85℃），不致因過熱而毀損 。 4、電路保護：IC封裝除了對易脆的晶片提供了足夠的機械強度及適當的保護外，亦可避免精細的積體線路受到污染的可能性。

Fig.2 提供電氣傳導路徑(包括金線、Lead frame及銅導 線)，讓微細的IC電路彼此做連結。 Fig.3 保護IC晶片不受外力的破壞及避免溼氣滲透及到IC內部提供IC晶片散熱路徑。

Fig.4 封裝結構(a)PTH、(b)SMD。 型態與結構 晶片數目: 單晶片(Single Chip Package, SCP) 多晶片(Multichip Module, MCM) ˆ 密封材料:塑膠/陶瓷 ˆ 元件與電路板接合方式: 引腳插入型(Pin-Through-Hole, PTH) 表面黏著型(Surface Mount Technology, SMT) Fig.4 封裝結構(a)PTH、(b)SMD。

封裝製程 依封裝材質不同各有所異，大致上封裝製程有下列步驟： 晶圓固定、晶圓切割、紫外線照射、黏晶、導線架銲接、銲線、封膠、電鍍、剪切/成型、檢測及印字等。 封裝製程將相關性分為四大部分： 第一部份製程為晶圓固定、晶圓切割與紫外線照射 第二部份製程為黏晶、導線架銲街、焊線與封膠 第三部份製程為電鍍 第四部份製程為剪切/成型、檢測與印字 Fig.5 半導體封裝流程。

晶片切割 目的是要將前製程加工完成的晶圓上一顆顆之晶粒（Die）切割分離。首先要在晶圓背面貼上膠帶（blue tape）並置於鋼製之框架上，此一動作叫晶圓黏片（wafer mount），而後再送至晶片切割機上進行切割。切割完後，一顆顆之晶粒井然有序的排列在膠帶上，如Fig.6時由於框架之支撐可避免膠帶皺摺而使晶粒互相碰撞，而框架撐住膠帶以便於搬運。 Fig.6 晶圓切割。

黏晶 是將一顆顆分離的晶粒放置在導線架（lead frame）上並用銀膠（ epoxy ）黏著固定。導線架是提供晶粒一個黏著的位置 （晶粒座die pad），並預設有可延伸ＩＣ晶粒電路的延伸腳 （分為內引腳及外引腳 inner lead/outer lead）一個導線架上依不同的設計可以有數個晶粒座，這數個晶粒座通常排成一列，亦有成矩陣式的多列排法 。導線架經傳輸至定位後，首先要在晶粒座預定黏著晶粒的位置上點上銀膠（此一動作稱為點膠），然後移至下一位置將晶粒置放其上。而經過切割之晶圓上之晶粒則由取放臂一顆一顆地置放在已點膠之晶粒座上。黏晶完後之導線架則經由傳輸設備送至彈匣（magazine）內 。黏晶後之成品如圖所示。    Fig.7 導線架。 Fig.8 成品。

銲線 目的是將晶粒上的接點以極細的金線（18~50um）連接到導線架上之內引腳，藉而將ＩＣ晶粒之電路訊號傳輸到外界。當導線架從彈匣內傳送至定位後，應用電子影像處理技術來確定晶粒上各個接點以及每一接點所相對應之內引腳上之接點的位置，然後做銲線之動作。銲線時，以晶粒上之接點為第一銲點，內接腳上之接點為第二銲點。首先將金線之端點燒結成小球，而後將小球壓銲在第一銲點上（此稱為第一銲，first bond）。 接著依設計好之路徑拉金線，最後將金線壓銲在第二銲點上（此稱為第二銲，secondbond）， 同時並拉斷第二銲點與鋼嘴間之金線，而完成一條金線之銲線動作。接著便又結成小球開始下一條金線之銲線動作。 Fig.9 第一銲點。 Fig.10 第二銲點。

封膠 將銲線完成之導線架置放於框架上並先行預熱，再將框架置於壓模機（mold press）上的封裝模上，此時預熱好的樹脂亦準備好投入封裝模上之樹脂進料口。啟動機器後，壓模機壓下，封閉上下模再將半溶化後之樹脂擠入模中，待樹脂充填硬化後，開模取出成品。封膠完成後的成品，可以看到在每一條導線架上之每一顆晶粒包覆著堅固之外殼，並伸出外引腳互相串聯在一起（如Fig.11所示）。 主要目的: １、防止濕氣等由外部侵入。 ２、以機械方式支持導線。 ３、有效地將內部產生之熱排出於外部。 ４、提供能夠手持之形體。　 Fig.11 封膠。

印字 在註明商品之規格及製造者。良好的印字令人有高尚產品之感覺。因此在ＩＣ封裝過程中亦是相當重要的，往往會有因為印字不清晰或字跡斷裂而遭致退貨重新印字的情形。 印字的方式有下列幾種： １、印式：直接像印章一樣印字在膠體上。 ２、轉印式（pad print）：使用轉印頭，從字模上沾印再印字在膠體上。 ３、雷射刻印方式（laser mark）：使用雷射直接在膠體上刻印。 Fig.12 印字。

剪切成型 封膠完後之導線架需先將導線架上多餘之殘膠去除（deflash），並且經過電鍍（plating）以增加外引腳之導電性及抗氧化性，而後再進行剪切成型。剪切之目的，乃是要將整條導線架上已封裝好之晶粒，每個獨立分開。同時，亦要把不需要的連接用材料及部份凸出之樹脂切除（dejunk）。剪切完成時之每個獨立封膠晶粒之模樣，是一塊堅固的樹脂硬殼並由側面伸出許多支外引腳。而成型的目的，則是將這些外引腳壓成各種預先設計好之形狀，以便於爾後裝置在電路板上使用，由於定位及動作的連續性，剪切及成型通常在一部機器上，或分成兩部機（trim / dejunk , form / singular）上連續完成。成型後的每一顆ＩＣ便送入塑膠管（tube）或承載盤（tray）以方便輸送。照片所示乃剪切成型後之成品。 Fig. 13 剪切成型。

未來趨勢 半導體在日常所需佔的比例只會增加而不會減少，相對IC封裝的需求會相對提高，技術也會逐漸成熟，讓產品不只有輕、薄、短、小、新、速、價廉及環保等需求，各家廠商紛紛崛起，使得封裝測試技術面臨多樣化發展。封裝的技術，對於半導體產也是非常重要的，又做到跟高階的產品，封裝技術也是必需的提升，台灣在半導體封裝，有領先全球的日月光，也可以顯示台灣在封裝產業，佔有一席之地。

資料來源 1.http://www.ampoc.com.tw/Application/Application_More?id=11 2. http://www.htsemi.com/cn/test.php?menuId=39 3. http://www.isu.edu.tw/upload/81201/48/news/postfile_10764.pdf 4.http://www.bm.nsysu.edu.tw/tutorial/iylu/94om_report/c/final%20report/ppt/c93_t2_final.pdf 5.http://campaign.hncb.com.tw/intranet/monthly/mon038/03805.pdf 6.http://elearning.stut.edu.tw/mechelec/Jc/home.htm 7.http://www.getgoal.com.tw/tech/tech-2.htm