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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:邱景郁
研究生(外文):Ching Yu Chiu
論文名稱:實驗設計應用於雷射切割最適化參數模型之探討
論文名稱(外文):The Study of Laser Grooving Recipe Module Set up by Design of Experiments
指導教授:蕭桂森
指導教授(外文):Vincent K.S. Hsiao
口試委員:朱智謙賴盈至
口試委員(外文):Chih Chien ChuYing Chih Lai
口試日期:2017-05-18
學位類別:碩士
校院名稱:國立暨南國際大學
系所名稱:光電科技碩士學位學程在職專班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:44
中文關鍵詞:實驗設計DOELow-K雷射切割缺陷JMP
外文關鍵詞:Design of experimentsDOELow-KLaser groovingDefectJMP
相關次數:
  • 被引用被引用:2
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現在雷射切割已被廣泛應用在半導體封裝製程,而雷射切割製程目前遭遇的最大問題是熱影響,導致經過雷射切割後的晶片強度會減弱。加工目標經過雷射高溫照射後,理論上要完全汽化,並由其物質汽化所產生的交互作用讓高溫消散不會殘留於晶片。但實際切割情況會受到加工物材質不同與其參數配置不適,導致加工物未能完全汽化,而產生一些缺陷,如雷射後汽化未完全的矽碎片形成回填(recast)、或在晶片側面形成孔洞(void)及細小裂紋(micro crack),這些問題就可能導致晶片在後續製程發生缺陷(Defect)、功能失效(Function fail)。因此合適的參數設計非常重要,可避免上述之雷射切割異常發生。
實驗設計可以有系統及有效地提高製程良率、降低製程變異以及減少生產成本。本研究是依照機台參數特性配合實驗設計(Design of experiments, DOE),將量測數據輸入統計分析軟體JMP找出對結果有顯著影響性的主要參數與雷射切割最適化參數模型。
最後驗證最適化參數雷射切割所得之量測數據,皆於預測模型的誤差項範圍內。實驗結果證實了本次實驗設計所得之參數預測模型確實為雷射切割最適化參數,以及實驗設計可以成功應用於製程開發。

Nowadays, the laser grooving had been widely applied on semiconductor package process, and the biggest challenge to laser grooving process is the HAZ(Heat affect zone) that will impact chip strength. Theory, the TEGs and low-k layer of wafer should be vaporized completely, and the high temperature should be released and not remain on chip by the interaction of vaporization. But the actual process, we should consider the recipe whether well match with the wafer. If not, there are some defects will generate, like the recast, sidewall void and micro-crack formation by metallic layer incompletely vaporization, and these defect will leads chip function fail. For this purpose, the proper laser grooving recipe design is very important to the quality of chip, which can prevent above defects occurrence.
The design of experiments is a system method with high efficient on the process control, cost reduction, and yield improvement. For this study, we'll according to the machine controlled parameter(factors) to perform experiments by DOE then measure the laser grooving width and depth by the 3D profiler, and then statistics analyze the measurement data by JMP to determine the main effect factor to laser grooving process and the proper recipe module.
After verification run, the response result is same as recipe module prediction, and also proves the DOE is workable and it can be applied successfully to the process set up.

目次
致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目次 v
表目次 vii
圖目次 viii
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2研究方法 2
1.3歷史文獻 3
1.4論文架構 5
第二章 理論基礎 6
2.1雷射基本架構 6
2.1.1雷射基本原理 7
2.1.2.受激放射 8
2.1.3居量反轉 10
2.1.4雷射光特性 12
2.1.5雷射種類 13
2.2晶圓級封裝製程 14
2.2.1晶圓級封裝流程 15
2.2.2雷射切割機制 16
2.2.3雷射切割重要品質因子 16
2.2.4雷射切割優缺點 17
第三章 實驗設計 18
3.1實驗設計目的 18
3.1.1重要名詞定義 19
3.1.2實驗設計之流程 20
3.1.3實驗設計之注意事項 21
3.2變異數分析(ANOVA) 21
3.2.1常態分布 21
3.2.2標準差 22
3.2.3顯著性檢定 22
3.2.4 P值 24
第四章 雷射切割實驗與結果討論 25
4.1實驗材料與設備 25
4.2雷射切割參數 27
4.2.1能量密度 28
4.2.2重疊率 29
4.2.3機台設定參數介紹 29
4.3實驗規劃 30
4.3.1目標擬定 30
4.3.2實驗設計 31
4.3.3實驗與數據收集方式 32
4.4量測數據之統計分析 33
4.4.1雷射刀痕寬度之統計分析結果 33
4.4.2雷射刀痕深度之統計分析結果 36
4.5最適化參數模型驗證 39
4.5.1驗證結果 40
第五章 結論 42
5.1未來展望 43
參考文獻 44

表目次
表2-1 傳統封裝與晶圓級封裝比較 14
表3-1實驗設計應用與目的 19
表3-2實驗設計之重要名詞定義 19
表3-3 檢定結果意義 23
表3-4信賴區間與對應的顯性水準 23
表4-1實驗機台規格表 26
表4-2雷射切割參數定義 27
表4-3雷射切割實驗目標設定 30
表4-4雷射刀寬之因子顯著性分析 34
表4-5雷射深度之因子顯著性分析 37
表4-6驗證實驗參數組 40
表4-73D雷射顯微鏡量測之五點數據 41



圖目次
圖1-1 晶片正面崩碎現象(Chipping) 1
圖1-2 切割道金屬殘留現象(Metal residue) 2
圖1-3 晶片正面表層掀起(Peeling) 2
圖1-4實驗設計示意圖 3
圖2-1 雷射基本架構 6
圖2-2 光的吸收與輻射 7
圖2-3二階系統輻射過程 9
圖2-4受激輻射方向 9
圖2-5熱平衡下原子在各個能階居量以波茲曼函數分佈 10
圖2-6 三階雷射系統 11
圖2-7雷射光特性 13
圖2-8晶圓級封裝流程 15
圖2-9雷射切割程序 16
圖3-1 實驗設計品質特性關係 18
圖3-2 實驗設計流程圖 20
圖3-3常態曲線 22
圖3-4 信賴區間(Confidence interval, CI) 24
圖4-1實驗流程圖 25
圖4-2 實驗機台 26
圖4-3 3D雷射顯微鏡 26
圖4-4雷射切割關係圖 27
圖4-5雷射切割參數與輸出品質關係圖 28
圖4-6 雷射光斑重疊率 29
圖4-7 JMP實驗設計之參數選定與水準配置 31
圖4-8 JMP全因子實驗設計之參數處理組合 32
圖4-9雷射切割實驗與數據收集方式 32
圖4-10量測數據輸入統計軟體 33
圖4-11 雷射刀寬之最適化參數模型 36
圖4-12 雷射深度之最適化參數模型 38
圖4-13 雷射切割最適化參數預測模型 39
圖4-14 最佳參數驗證與數據量測示意圖 40
圖5-1 參數預測模型:雷射脈衝頻率變更 43


[1]張瑋元,”熱處理對低介電材料電性及可靠”度影響,國立暨南國際大學電機工程學系碩士論文,2012。
[2] Richard van der Satam, Jeroen van Borkulo, Peter Dijkstra,“Multi Beam Low-k Grooving Evaluation of various removal principals”,IEEE 9-12 Sept. 2013。
[3] Hsiang-Chen Hsu,”An experimental study on dicing 28 Nm low-k wafer using laser grooving technique”,IEEE 22-24 Oct. 2014
[4] Haiyan Liu, J.H Wang, Sean Xu,” Investigation of 3-Pass Laser Grooving Process Development for Low-k Devices”,IEEE 2015 17th
[5]楊國輝,黃宏彥編著,雷射原理與量測概論(第二版),五南書局
[6]維基百科-雷射https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BF%80%E5%85%89
[7]雷射知識網-連續式雷射(CW laser) 、Q開關雷射(Q-switched laser) ,http://www.lasertech.tw/
[8]楊志輝,先進封裝與晶圓級封裝的基本原理
[9]溫為閔,實驗設計[公司內部教材]
[10]維基百科-標準差,https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%99%E6%BA%96%E5%B7%AE
[11] MBA-顯著性檢定,http://wiki.mbalib.com/zh-tw/%E6%98%BE%E8%91%97%E6%80%A7%E6%A3%80%E9%AA%8C
[12]淡江大學數學系-鄭惟厚教授,信賴區間

電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20220530)
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