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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊惠卿
研究生(外文):YANG, HUI-CHING
論文名稱:晶粒堆疊製程的結構強度研究
論文名稱(外文):Study on Structural Strength in Die Stacking Process
指導教授:藍文厚
指導教授(外文):LAN, WEN-HOW
口試委員:藍文厚,施明昌李孟恩
口試委員(外文):LAN, WEN-HOWSHIH, MUNG-CHANGLEE, MENG-EN
口試日期:2017-07-04
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄大學
系所名稱:電機工程學系碩博士班
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:91
中文關鍵詞:晶粒堆疊懸空晶粒強度三點彎曲強度表面粗糙度
外文關鍵詞:die stacking overhangdie strengththree point strengthsurface roughness
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於IC封裝製程中,會經過多道的製程流程,而其中一道製程,將晶圓研磨切割成為一顆顆的晶粒,在此研磨切割製程中會因為研磨產生刮痕,切割時造成晶粒的正崩、側崩及背崩等製程缺陷,形成應力集中點,而導致後續的製程晶粒崩裂品質不良等的製程異常,嚴重影響產品品質。
本論文係針對晶圓研磨切割製程DP(Die Preparation)及SDBG(Stealth Dicing Before Grinding)製程作為研究比較主軸,探討DP製程及SDBG製程的晶粒強度差異以及在晶粒堆疊懸空的能力研究。使用三點彎曲強度試驗(Three Point Strength Test)分析其晶粒強度。原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscopy,AFM)分析表面粗糙度對於晶粒強度的影響。陰影疊紋試驗(Shadow Moiré test)分析翹曲形變結構對晶粒強度的影響。光學顯微鏡觀察覆晶堆疊懸空在黏晶及焊線的能力。推球試驗及拉力試驗來分析覆晶堆疊懸空的焊線強度,於此進行探討製程對晶粒強度的影響作為研究的議題。
於研究中發現三點彎曲強度試驗在薄晶粒,是測試到薄晶粒彎曲變形後的強度。並證實SDBG製程可強化晶粒強度,降低晶粒崩裂風險。
In assembly process, one of the important processes is die preparation including wafer grinding and sawing. The stress will be concentrated on the scratch defect point in grinding process. This phenomenon will cause potential crack, chipping and peeling defects to impact the manufacturing quality.
The investigation focus of the thesis is the performance difference of die strength and stacking overhang capability between DP (die preparation) and SDBG (Stealth Dicing Before Grinding) process. With three point strength test, AFM (Atomic Force Microscopy) and Shadow Moiré test, the die strength, surface roughness morphology and warpage behavior for different processed dies can be characterized. The wire bonding strength tested by ball shear and wire pull test were applied to judge stacking capability.
The investigation shows that thin die strength is caused by bending deformation during Three Point Strength Test. The SDBG process can enhance the die strength and reduce the die crack risk.
目 錄
誌謝 II
中文摘要 III
英文摘要 IV
圖目錄 IX
表目錄 XVII
第一章 序論 1
1-1前言 1
1-2 研究動機與目的 2
1-3 文獻回顧 5
1-4 組織與章節 7
第二章 晶圓切割技術介紹 8
2-1IC封裝流程 8
2-2 DP (DIE PREPARATION)晶圓切割製程 10
2-2-1 切割工具鑽石刀切割 17
2-2-2 雷射切割 18
2-3 DBG (DICING BEFORE GRINDING)晶圓切割製程 19
2-4 SDBG(STEALTH DICING BEFORE GRINDING)晶圓切割製程 21
2-5 晶圓切割製程之優缺點比較 24
第三章 實驗方法與步驟 26
3-1 機台介紹 26
3-1-1 三點彎曲強度試驗 (Three-point strength test) 26
3-1-2 原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscopy,AFM) 28
3-1-3推球試驗、拉力試驗 (Ball Shear test、Wire pull test) 30
3-1-4 陰影疊紋試驗(Shadow Moiré test) 32
3-1-5 光學顯微鏡(OM)、掃描式電子顯微鏡(SEM) 34
3-2實驗規劃 35
3-2-1 (A)組為針對實際產品晶粒做測試 35
3-2-2 (B)組為DP製程針對裸晶粒厚度做測試 35
3-2-3 (C)組為DP製程針對膠膜厚度做測試 36
3-2-4 三點彎曲強度試驗實驗條件 36
3-2-5 推球試驗實驗條件 38
3-2-6拉力試驗實驗條件 38
3-3實驗用試片介紹 39
3-4實驗流程 41
3-5實驗後失效分析 42
3-5-1 破壞模式 42
3-5-2 形變模式 43
第四章 實驗結果分析 45
4-1 表面粗糙度分析 45
4-2 陰影雲紋法試驗分析 49
4-3-1 DP製程晶圓不同位置之三點彎曲強度試驗 52
4-3-2 DP製程於裸矽晶粒的薄晶粒與厚晶粒比較 53
4-3-3 DP製程於55um矽晶粒與兩種膠膜厚度分析 56
4-3-4 DP與SDBG製程數據比較 57
4-3-5 三點彎曲強度破壞模式之分析 59
4-4 DP與SDBG製程晶粒於黏晶的堆疊懸空能力觀察 60
4-4-1 DP製程於黏晶粒的堆疊懸空能力 60
4-4-2 SDBG製程於黏晶的堆疊懸空能力 60
4-5 DP與SDBG製程晶粒堆疊懸空後的焊線能力觀察 63
4-5-1 DP製程晶粒於晶粒堆疊懸空後的焊線能力 63
4-5-2 SDBG製程於晶粒堆疊懸空後的焊線能力 63
4-6 推球測試分析 66
4-7 拉線測試分析 67
4-8 共晶(IMC)觀察 68
4-9 DP製程與SDBG製程效果比較 68
第五章 總結 70
5-1 結論 70
5-2未來研究方向 71
參考文獻 72
[1] 林宣甫, “晶圓及封裝產品之晶背研磨參數研究”, 國立高雄大學電機工程學系研究所碩士論文, pp.18, 2015。
[2] ASE preparation process SPEC,64-31-0000-0021。
[3] https://www.disco.co.jp/cn_t/solution/library/dbg_daf.html
[4] SEMI G86-0303.
[5] ASE Ball Shear test / Wire pull test SPEC,03-03-0100-0308
[6] ASE RD test SPEC,33-15-0100-0005
[7] 徐祥進,“三點彎矩實驗之超薄晶圓強度分析與溫控針測實驗”, 國立中正大學工學院機械工程學系碩士論文, pp.9~15, 2010.
[8] 李忠祐,“超薄晶圓強度之BOR 等軸向彎矩實驗與針測動態有限元素分析”,國立中正大學工學院機械工程學系碩士論文, pp.5~12, 2010.
[9]積體電路封裝製程簡介:
http://www.isu.edu.tw/upload/81201/48/news/postfile_10764.pdf
[10] 邱德弘,“細長型晶元於四點彎矩測試中邊緣缺陷效應之研究”, 國立中正大學工學院機械工程學系碩士論文, pp.6~10, 2012.
[11] 蔡字原, “超薄晶圓於BOR測試中挫曲行為研究”, 國立中正大學工學院機械工程學系碩士論文,pp.3~4, 2011.
[12] 晶圓級(wafer level)三維晶粒堆疊封裝:
http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=6377
[13] W. Sun, W.H. Zhu, F.X. Che, C.K. Wang, Y.S. Sun, H.B. Tan, “Ultra-thin Die Characterization for Stack-die Packaging”, United Test & Assembly Center Ltd (UTAC), pp.1391~1395, 2007.
[14] Z. U. Liu, Y. A. Huang, L. Xiao, P. P. Tang, Z. P. Yin, “Nonlinear characteristics in fracture strength test of ultrathin silicon die” IOP Publishing Ltd, pp.2~4, 2015.
[15] P. S. Huang, Y. C. Chao, M. Y. Tsai, P. C. Lin, “Strength Evaluation of Thin 3D-TSV Memory Chips by Pin-on-Elastic-Foundation Test” 8th International Conference on Microsystems, Packaging, Assembly and Circuits Technology (IMPACT), pp.203, 2013.
[16] D.S. Liu, Z. H. Chen, C. M. Chang, C. Y. Li, H. C. Hsu, “An Experimental and Numerical Investigation Into Wafer Probing Parameters Based on Thin Wafer Breaking Strength”, IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, pp.139, 2015.
[17] M.Y. Tsai, C.H. Chen, “Evaluation of test methods for silicon die strength”, Microelectronics Reliability, PP.933-941, 2008.
[18] Sales Engineering Department, “Silicon wafer thinning, the singulation process, and die strength”, DISCO Technical Review Feb, pp.1~3, 2016.
[19] Y.R. Chong, W.E. Lee, B.K. Lim, H.L. Pang, T.H. Low, “Mechanical Characterization in Failure Strength of Silicon Dice”, Packaging Analysis & Design Center United Test & Assembly Center Ltd (UTAC), pp.205~209, 2004.
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