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更高速度和可控性
Clive Ashmore, DEK
應用最廣的裸晶黏著(die-attach)技術，是在利用取置型技術置放裸晶前對長條形的多重基板上塗佈濕式載銀導電環氧膠(conductive epoxy)(圖一)。
傳統上，裸晶黏著是利用裸晶接合設備上的點膠頭進行點膠。但是，現今的置放能力已經超過每小時40,000單位(uph)，串聯多台置放機台可使組裝業者將uph值提得更高。因此，點膠能力正逐漸成為瓶頸：因為它跟不上裸晶放置的速度。增加多部點膠台並不能達到需要的產量，也不能降低點膠技術的成本。
封裝專業廠商想要更充分地控制膠點特徵，其要求包括：縮小X、Y、Z軸的尺寸公差；更充分地控制膠點體積；以及有能力決定最佳的膠點形狀，以消除膠點空洞。嚴密地控制膠點體積，對防止裸晶邊緣帶狀成形過大很重要，因為它可能引發裸晶表面的污染。相反的，膠點得太少，則可能會因裸晶黏貼面積或膠接厚度不足而引起裸晶的翹起或裂開。此外，過多的裸晶黏著空洞將對電氣和機械整體特性帶來傷害，例如，可能在裸晶放置過程中助長了裸晶的爆裂，或者在器件迴焊加熱時，發生「爆米花」現象。在裸晶放置過程中，可能因濕式環氧膠的流動而引起空洞。測試顯示，裸晶黏著環氧膠點形狀是助長空洞形成的因素，單純的圓點或環形不是最佳膠點形狀。然而，用點膠機產生任何複雜的形狀，都需要多重的步驟，致使點膠速度進一步減慢。
專為裸晶黏著而設計的批量擠壓印刷
產能一直是點膠的最大難題，因此正逐漸被鋼板印刷所取代來塗敷錫膏等材料。數千個錫膏點可以在很高的速度下同時形成，這使鋼板印刷成為唯一能與最新取置技術並駕齊驅的製程，即使串聯多部置放機台同時運行也沒有問題。在必要時移動一次行程就能形成幾千個膠點。工時不受所需膠點數量的影響(圖二)，因為印刷行程時間對給定的製程來說是一定的。最佳移動速度取決於材料特性和鋼板的開孔特徵，而不是實際開孔數量。而且，工時也與膠點形狀無關，因此，當鋼板印刷用於裸晶黏著時，可以在高速的情況下，產生複雜的形狀。此外，還可優化工時，以便將裸晶放置過程形成空洞的現象減到最少，並將電氣和機械整體特性充分地提升。
新一代的裸晶黏著機台已開始包含高精度批量擠壓印刷功能，並與元件置放、晶圓處理及裸晶輸送解決方案緊密結合，使專業封裝廠商目前所需要的產量、精度和重複性向前邁進一大步。這些功能非常適宜採用濕式環氧膠等裸晶黏膠在自動化生產線上，以高速來進行裸晶黏著。
調整鋼板或鋼板開孔尺寸和形狀，可實現精密的控制膠點特徵。開孔面積與鋼板厚度的乘積是決定膠點體積的主要因素，這對元件到元件、晶圓到晶圓都是可以重複的。膠點有均勻的厚度，有助於避免裸晶翹起、裂開或污染。與材料製造商的密切合作，可優化鋼板和鋼板特徵，確保膠點一致。
已預置被動元件的鋼板印刷
如果在裸晶放置之前沒有黏著其他任何元件，可以使用金屬的鋼板印刷罩板。這些罩板一般為鐳射裁切的不銹鋼鋼板，也可以是電鑄成形鋼板。無論哪一種鋼板，小型被動元件通常都是在裸晶黏著之前，就已黏著在基板上，致使裸晶黏著表面高低不平，同時還妨礙了常規金屬鋼板的使用。在這種情況下，可以選擇另一項鋼板技術*，為這些基板的高產量塗敷提供解決的方案。最初開發的目的是在高產率下對表面黏著PCB的元件安裝面進行點膠。這個技術採用厚度可達8mm的丙烯酸纖維鋼板，並採用標準的例行製程處理鋼板的底面，以清除任何早已黏在基板上的小型被動元件。這種鋼板連同封閉式印刷頭一起，可以使黏性相對較高的材料(如常規的裸晶黏著環氧膠)實現一致的孔眼充填。
專為超薄器件而設計的B階材料
極端超薄產品(如超薄手機)的成功，進一步地推動了市場對薄型元件的需求，其中包括更薄的產品所需的薄基板和薄矽片。晶圓厚度正逐漸從300mm縮小到175mm，甚至更小。較大的濕式環氧膠膠點並不適合這樣的環境，因此需要膠點厚度較小的新裸晶黏著方法。
把環氧膠直接塗到晶圓上，無論是以薄膜形式還是直接塗敷在晶圓背面(圖三)，都可以在整個表面形成一層薄膜。這層膠在切割晶圓之前塗敷，因此不能使用濕式環氧膠，而要使用B階環氧膠。這種材料在塗敷時呈半固化狀態，然後在壓力和/或高溫下完全固化。把B階環氧膠裸晶黏膠直接塗敷到晶圓上，就能實現薄型元件，並為大容量記憶體或處理器等型式的元件提供解決方案。這種晶圓級製程使半導體製造商能夠把裸晶黏著製程退回到上游晶圓廠，使自己再減少一個複雜工序。
在環氧膠處於半固化或B階狀態的情況下，可以對晶圓進行切割並作好裸晶放置製程的準備。把個別的裸晶置放在所需的基板上，伴隨受到控制的放置壓力，有時還要加一點熱，以便使環氧膠完全固化並在兩個元件之間形成可靠的電氣和機械連接。
鋼板印刷B階環氧膠
為了更經濟地運行，晶圓廠需要採用快捷而具有成本效益的方法來塗敷B階環氧膠，膠層厚度通常為50mm。公差要求非常嚴格，一般為?mm，以確保共面性。在塗敷如此之薄且膠劑不宜流動的情況下，表面上最高點與最低點之間一旦出現較大差異，就有可能在裸晶放置過程引起裸晶的破裂。
採用細目鋼板的高精度鋼板印刷技術，最適合與半導體晶圓一起使用，並使大至300 mm的晶圓都能夠在很短的工時內得以處理。嚴格的體積控制和重複性是高精度工業級鋼板印刷的關鍵屬性。可採用類似的製程，在精密電阻元件上印刷導電油墨及生產其他高精度工業產品，如動力轉向控制系統的轉軸編碼器(Shaft Encoder)。
結論
以濕式環氧材料黏貼裸晶仍然是半導體產業的一個主要手段。然而，塗敷這些材料可用的技術必須加以改進，才能確保塗敷速度與最新的裸晶放置技術勢均力敵。鋼板印刷幾乎在每個表面黏著用途和元件封裝過程中，展示出其產量、重複性和靈活性都有超過點膠製程的能力。
在封裝技術最先進的領域，超薄型消費和商務電子產品的出現突顯了某些製程的重要性，這些製程使薄型元件能夠進一步縮小下一代產品的厚度。B階環氧膠提供了一種解決方案，而且可以運用晶圓代工廠商已經熟悉的鋼板印刷技術。
鋼板或鋼板印刷在晶圓級用途中進行「高精度批量擠壓印刷」，將有助於提供濕式或B階環氧膠裸晶黏著所需要的低成本和高良率之直接黏著技術。SST-AP/Taiwan
圖一：採用鋼板印刷技術高速塗敷的濕式載銀環氧膠，可以匹配先進的裸晶放置速度。
圖二：鋼板印刷平臺現在能夠以很高的精度和重複性進行晶圓級半導體封裝應用。 |
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