臺灣博碩士論文加值系統

本文的目的在研究薄型堆疊晶片銲線製程參數最佳化，經過實驗設計所需的條件，以適當的實驗程序找出最佳的製程參數。再利用有限元素法來分析模擬，配合拉力、推球測試，來驗證所建立的模式。
近年台灣IC封裝技術的突破，造成電子科技產品的突飛猛進，輕薄短小、高功率高I/O的相關產品，例如數位相機、3G手機等需要較大的記憶空間，目前業界所採用的是3D立體堆疊晶片技術，所以IC封裝必須改變用新的製程技術配合相關的機器及參數設定，以滿足客戶的需求。在傳統的晶片打線製程，晶片的厚度約200-250μm，打線的間距pitch約在50μm以上、金線直徑(wire size)1mil，其缺點是體積較大、記憶體容量較低。而目前堆疊晶片封裝製程上，晶片的厚度薄於200μm內、pitch在50μm內、金線直徑小於0.8mil，堆疊晶片除最上一層外，每壹層的打線是以一般焊接normal bond打回晶粒鋁墊(die pad)上，而最上一層晶片的鋁墊如懸空般打線，極易造成晶片破裂。傳統的打線製程參數完全不能使用，必須用全新高精密度的銲線參數，將金線由晶粒鋁墊連接到基板上的電鍍金屬處，使其訊號與電性導通。
本研究結果拉力設定點為弧高的最高點，將使拉力值達到最佳狀況。此實證值，拉力最低值利用有限元素模擬驗證通過，即是達到最佳化的參數設計。推球的驗證模擬也是將全部數據最低值，利用有限元素模擬驗證通過使推球參數設計達到最佳化，因此就可達到品質穩定度。

The purpose of this research is to study the parametric factors and optimal design for wire bond process up to 4-layer stack die package, and utilize the finite element method to simulate the bond pull as well as ball shear tests. A series of experiments have been conducted to validate the developed model, and the collaborated relationships among bonding force, time, current and thermal-ultrasonic contact pressure have been find to improve the manufacturing process.
The industry of IC package in Taiwan has been became No. 1 in the world. The traditional IC production is memory module, such as TSOP and BGA packages. Advanced in the design and manufacture of the IC packaging technology need to keep pace with advances in the miniaturization of the electronic systems. The typical objectives of an electronic system include high performance, high I/Os, effective thermal management, low weight, low size, low cost, and short time to market. The packaging technology plays an important role in determining the system overall performance. For example: digital camera, 3G mobile phone, etc. need larger memory space. Nowadays, the IC industry has developed a 3-D stack packaging technology to improve the manufacturing process. Stack die technology requires thin die(less than 200μm)、fine pitch(less than 50μm)、small diameter of gold wire(0.8mil) and normal bond that old manufacturing parameters for wire bonding process are completely disregarded. It should be noted that the gold bond encounter the die pad on top die just like a large contact force acting on cantilevel. The die-crack in top die was reported and caused by first bond process on the die-pad.

目錄
中文摘要…………………………………………………………… i
英文摘要…………………………………………………………… ii
誌謝………………………………………………………………… iii
目錄………………………………………………………………… iv
圖目錄……………………………………………………………… vi
表目錄……………………………………………………………… xi
第一章 緖論….………………………………………………… 1
1-1 研究動機………………………………………… 1
1-2 研究目的………………………………………… 3
1-3 研究架構與研究流程…………………………… 3
第二章 文獻探討………………………………………………… 5
2-1 IC封裝的流程介紹……………………………… 5
2-2 銲接原理………………………………………… 6
2-3 燒球原理………………………………………… 7
2-4 EFO極性對燒球及銲接的影響………………… 8
2-5 熱超音波銲接介紹……………………………… 8
2-6 超音波頻率對第一點的影響…………………… 8
2-7 結晶範圍因素…………………………………… 9
2-8 弧度參數及銲接製程參數對於銲點拉力強度的影響……………… 9
2-9 弧線的形成……………………………………… 10
2-10 預留參數所設定的線尾………………………… 10
2-11 弧度原理………………………………………… 11
第三章 研究方法………………………………………………… 13
3-1 研究架構設計…………………………………… 13
3-2 研究的流程圖…………………………………… 13
3-3 銲針原理介紹…………………………………… 14
3-4 金線介紹………………………………………… 18
3-5 銲針尺寸對第一點、第二點的影響…………… 18
3-6 拉力介紹………………………………………… 19
3-7 如何拉力………………………………………… 19
3-8 推球介紹………………………………………… 19
第四章 實證結果與分析………………………………………… 22
4-1 有限元素模擬拉力推球驗證介紹……………… 24
4-2 實驗結果與模擬驗證介紹……………………… 33
4-3 溫度翹曲模擬…………………………………… 37
4-4 堆疊晶片打線模擬……………………………… 42
4-5 管制圖介紹……………………………………… 50
4-6 弧高、線長與拉力值的關係…………………… 51
4-7 金球型尺寸與推球值的關係…………………… 54
4-8 拉力與推球模擬之最小值驗證………………… 55
第五章 結論……………………………………………………… 58
5-1 結論……………………………………………… 58
5-2 未來研究方向…………………………………… 59
參考文獻…………………………………………………………… 60

一、中文部分：
[1]華泰電子文件圖書館。
[2]K、A等公司技術資料。
[3]S、M等公司技術資料。
[4]黃焜銘(2002)。應用田口方法探討半導體封裝之銲線製程50μm銲墊微細間距最佳參數之研究。國立雲林科技大學工業工程與管理研究所碩士論文。
[5]何鴻全( 2005)。IC 8L TSSOP 導線架成型殘餘應力和回彈研究。義守大學材料科學與工程學系碩士論文。
[6]洪維懋(2004)。系統級封裝(SIP)塑膠構裝之熱設計與可靠度分析。義守大學材料科學與工程學系碩士論文。
[7]原著：D.R. Askeland and P.P. Phule，譯者：郭行健、張柳春博士，材料科學與工程，學銘 歐亞，2005。
[8]原著：C.R. Barrett、W.D. Nix，譯者：黃偉哲，工程材料原理，科技圖書。
[9]邱碧秀，微系統封裝原理與技術，滄海書局，2004。
[10]原著：Tummala，譯者：陳信文、陳立軒、林永森、陳志銘，微系統構裝基礎原理，高立，2002。
[11] Micro-Swiss公司熱超音波打線機1488機型中文使用手冊。
[12]郭嘉龍編譯，半導體封裝工程，全華科技，2003。
二、英文部分
[1] R. M. McMeeking and J. R. Rice, “Finite Element Formulations for Problems of Large Elastic-Plastic Deformation,” International Journal of Solids and Structures, Vol. 121, pp. 601--616,1975.
[2] N. M. Wang and S. C. Tang, “Analysis of Bending Effects in Sheet Forming Operations,” Int. J. Num. Mech. Eng., Vol. 25, pp.253-267, 1988.
[3] E. G. Thompson, “Inclusion of Elastic Strain-Rate in the Analysis of Viscoplastic Flow During Rolling,” IJNME, Vol. 25, pp.1659-1662, 1987.
[4] H. C. Hsu and J. M. Hsu, “Finite Element Analysis for Residual Stress Prediction in Orthogonal Metal Cutting,” 18th National conference on Theoretical and Applied Mechanics, HsinChu, Taiwan,1994.
[5] Metal Forming With ABAQUS, Hibbitt, Karlesson & Sorensen, Inc.1997.
[6] H. C. Ho, H. C. Hsu, M. J. Lin, S. H. Huang and M. C. Lu, Spring Back and Residual Stress on IC 8L TSSOP Leadframe, 22nd CSME National Conference, Taiwan, 2005.
[7] ANSYS Reference Manual, 2005.
[8] ANSYS Theorey Manual, 2005.
[9] R.M. Rose、L.A. Shepard and John Wulff，The Structure and Properties of Materials volume III.：Mechanical Behavior，Wiley，1966.
[10] R.M. Rose、L.A. Shepard and John Wulff，The Structure and Properties of Materials volume IV.：Electronic Properties，Wiley，1966.
[11] M.A. Meyers and K.K. Chawla，Mechanical behavior of materials，Prentice Hall，1999.
[12] G.G. Harman ，Wire Bonding in Microelectronics-Materials, Processes, Reliability，McGraw-Hill，2/e，1997.
[13] William D. Callister, JR，Materials Science and Engineering an Introduction，Wiley，5/e，2000.
[14] W.F.Hosford，Mechanical Behavior of materials，Cambridge university，2005.
[15] Mary Anne White，Properties of Materials，Oxford university ，1999.
[16] W.Bolton，Electrical and Magnetic Properties of Materials，Longman Scientific & Technical，1992.
[17] J.E.Shigley、C. R. Mischke，Mechanical Engineering Design，McGraw-Hill，2001.
[18] R.C. HIBBELER，MECHANICS OF MATERIALS，Prentice-Hill，5/E，2003.
[19] ANSYS User’s Manual : Command Groupings.
[20] ANSYS User’s Manual : ANSYS Element Reference.
[21] ANSYS User’s Manual : Structural Analysis Guide.
[22] ANSYS User’s Manual : Electromagnetic Field Analysis Guide.