微凸塊技術的多樣化結構與發展：材料世界網

凸塊(Bumping)技術在1995年代引進台灣，以濺鍍式凸塊(Sputtered bump)技術而言，相對於打線鍵結(Wire bonding)的接點連結方式，其製程特色採用薄膜、黃光與蝕刻以形成層狀結構的球下金屬層(UBM：Under bump metallurgy)、與後續的錫合金凸塊形成製程(錫膏)或植球，而凸塊晶片則以搭配覆晶(Flip chip)製程為主。

台灣的凸塊廠主要有晶圓廠分廠、傳統封裝廠、新型凸塊廠等三種類型，簡介如下。
(1) 晶圓廠分廠：
以台積電為例，除了與日月光有合作之外，台積電本身也發展自己的電鍍凸塊製程技術。聯電的凸塊技術選擇上與台積電不同，聯電則採取入主慎立(Aptos)以獲得錫凸塊與金凸塊技術，慎立之後又改為華宸。
(2) 傳統封裝廠：
國內封裝業前二大的日月光與矽品均由FCT引進印刷式凸塊技術，對大型封裝廠而言，跟著晶圓廠代工或IDM廠外包腳步，隨時引進新型封裝技術是這些大型封裝廠的既定發展模式。
(3) 新型凸塊廠：
有米輯、頎邦、福葆、華治、悠立、精材及利弘等公司，其資本額在10億附近。經過市場的競爭與各廠商的合縱連橫策略，例如頎邦在2003年收購華治，在2005年合併華宸。南茂在2003年收購利弘。飛信在2006年收購米輯。國內的凸塊廠從11家減少為9家。12”凸塊廠，則只有日月光、矽品、悠立等3家。

微凸塊結構
此次介紹如下文共計11類微凸塊結構。在發展軌跡上，UBM的製程方式涵蓋蒸鍍、濺鍍、電鍍與無電鍍等4類方式，直徑較小的錫凸塊的的製程方式也涵蓋蒸鍍或電鍍，與直徑較大的預型化錫球(solder ball)，錫凸塊的成分變化則從63Pb37Sn、高鉛至環保性的三元無鉛合金。由聚亞醯胺核心凸塊、成形化凸塊、微機電凸塊與奈米碳管凸塊，可以證明微凸塊技術的多樣化結構與發展。在實際量產線上，台積電在2007年宣佈將投資6,000萬美金在晶圓級封裝(CSP)，這也顯示出凸塊技術在封裝領域的重要性。
1. 無凸塊式 (Bumpless)
相對於凸塊製程，Intel 發展出無錫凸塊製程(BBUL：Bumpless build-up layer,如圖一)，晶片採取鑲入式(Embed)設計，直接連結於基板的凹槽內。

圖一、標準凸塊覆晶結構(左)與無凸塊覆晶結構(右)

2. 錫凸塊 (Solder bump)
IBM於1960年代發展C4製程，其製造流程如圖二所示，連結凸塊與晶片上金屬墊的的凸塊下金屬採用蒸鍍製程。一般錫凸塊的直徑約100 μm，錫凸塊的高度約100 μm。

圖二、IBM的蒸鍍UBM製程

3. 金凸塊 (Au bump)
金凸塊主要使用於LCD的驅動IC。在第一類的被動式(Passive)驅動IC裡，在2004年的金凸塊設計要求為寬度25 μm，金凸塊之間的距離為15μm，在第二類的主動式(Active)驅動IC裡，在2004年的金凸塊設計要求為寬度25 μm，金凸塊之間的距離為10μm。

4. 柱形金凸塊 (Au stud bump)
以打線機即可完成柱形凸塊(Stud bump)，其缺點為產出速度較慢，但增加打線機台數量即可解決此問題。依據線材的類別，即可產生出Au、Cu或Al等金屬凸塊。

5. 銅凸塊 (Cu bump)
圖三為日本Yasuhiro提出的多晶片模組系統(MCM：Multi-chip module system)以覆晶鍵結方式連結晶片/雷射二極體(LD：Laser diode)或光偵測器於光板，圖三(a)以微鍵結(Micro bonding)技術將雷射二極體連接於LSI晶片上。圖三(b)光導波管與雷射二極體之間的光偶合作用由光導波管下方的微鏡來完成。

圖三、(a)光導波管的垂直截面示意圖；(b)水平截面示意圖

6. 無電鍍鎳金凸塊 (ENIG: Electro-less nickel immersion gold)
二層式的無電鍍鎳製程號稱的是低成本的凸塊下金屬製程。下層的無電鍍鎳薄膜 (Electro-less Ni bump)的功能為吸附層與防止擴散層，上層的無電鍍金薄膜的功能為防止氧化層。

7. 導電環氧樹脂凸塊 (Conductive epoxy bump)
圖四為使用無電鍍鎳金製程製作的導電環氧樹脂凸塊(應用於LCD的驅動IC)。一般異方性導電膠的厚度約40μm，主要由三部份構成；環氧樹脂、硬化劑與導電粒子。依據導電粒子的分布狀況可以區分為長方形與隨機形，導電粒子由銅、銀或鎳的金屬粉末，或是表面塗佈這些金屬薄膜的高分子粉末。

圖四、鋁墊晶圓的無電鍍鎳凸塊製程

8. 聚亞醯胺核心凸塊 (Polyimide-core-bump)
圖五顯示使用在金屬墊中央以聚亞醯胺為核心凸塊，再沉積金屬薄膜當作金屬化的結構示意圖，Takashi Nishimori宣稱此結構具有三大優點；高身寬比、較佳的凸塊高度均勻性及較大的材料彈性係數。

圖五、使用在金屬墊中央以聚亞醯胺為核心的凸塊結構

9. 成形化凸塊 (Shaped bump)
Delphi開發出成形化的凸塊，依據凸塊外形可區分為圓錐形凸塊(Conical shaped bump)與鑿子形凸塊(Chisel shaped bump)二大類。使用在LCD on PCB結構上。

10. 微機電凸塊 (MEMS bump)
圖六為Intel在2005年公佈應用凸塊技術的MEMS機構，其特色為三明治結構(IC/MEMS/IC)。使用低溫的表面黏著製程技術，克服使用高製造成本的MEMS陶瓷封裝與高溫的MEMS玻璃封裝。

圖六、Intel應用錫凸塊技術的MEMS機構

11. 奈米碳管凸塊 (CNT Bump)
圖七為Fujitsu 在2005年公佈使用奈米碳管在高頻及高耗能的放大器IC元件上當作熱槽(Heat sink)，其奈米碳管機械強度約為鋼鐵的15 ~ 30 倍，其導熱度約為1400 W/(m-k), 亦高於銅的導熱度400 W/(m-k)或金的導熱度300 W/(m-k)。

圖七、Fujitsu在IC元件的CNT熱槽