構裝技術已從早期的輕薄化與低成本之晶圓級晶粒尺寸封裝(WLCSP)，轉向大面積化、高密度、多晶片封裝整合之扇出型晶圓級封裝技術(FOWLP/PLP)。目前台灣半導體產業供應鏈上游的關鍵材料與後端的封裝材料，其相關技術專利仍掌控於美、日等大廠手中，國內材料廠商需竭盡全力提升自我研發能力，期能有效掌控核心技術與專利。
本文將分上、下兩集，概述半導體構裝技術演進與市場趨勢，以及主要封裝廠商之晶圓級模封材料的發展，並介紹工研院材化所針對大面積模封材料技術開發研究與相關光電構裝驗證平台之能量建置。
（上集）
‧半導體構裝技術應用發展與市場趨勢
‧半導體封裝材料技術的發展趨勢
（下集）
‧封裝材料技術特性需求與開發研究
‧結語
【內文精選】
封裝材料技術特性需求與開發研究
封裝的目的主要為保護晶片，以隔絕環境對晶片產生之溫濕度影響，並支撐晶片與固定連接之電路，在封裝後有一定的成型性與支撐性，並可避免外界物理性或機械性的破壞。除了在功能上需滿足各種型式應用產品外，還必須能夠通過各種環境可靠度測試，因其對晶片的壽命與工作操作性具有相對應的關聯性。半導體封裝是利用熱固型樹脂通過模封加熱加壓或液態點膠製程來完成（圖十），其可靠性取決於Epoxy Molding Compound材料中的有機樹脂/硬化劑、添加劑的特性及成型條件等因素。近年來經過材料改善，可靠度大大提升，如具備有低應力、低線膨脹性、高純度、高導熱等，以適應更多引線、更小體積和更高封裝密度等基本特性要求。對於封裝材料的要求也更多元，除了要能符合既有封裝材料保護晶片、達到高信賴性的特性外，還希望能不影響構裝製程中的對位製程，當然也有低翹曲、低CTE、Void-free的需求。
圖十、FOWLP構裝技術剖視圖
以構裝趨勢而言，當整體模封厚度下降(0.8 mm → 0.5 mm)、載板（材質為晶圓或玻璃等）厚度下降、模封面積增加（FOWLP：8吋 → 12吋晶圓；FOPLP：370 mm × 470 mm → 600 mm × 600 mm）時，翹曲量亦日趨嚴重。因此以封裝材料技術而言，大尺寸FOWLP封裝材料特性需要具有高玻璃轉移溫度(Tg)、低熱膨脹係數與基材匹配（Carrier：晶圓或面板如玻璃等）、低彈性模數及高流動性等特性，以降低模封製程的收縮量、翹曲量甚至流痕等。另外以材料的觀點來看，目前在晶圓級封裝過程中遇到最大的困難點是大面積薄型化封裝後的翹曲問題，在晶片模封過程中（圖十一、圖十二），樹脂材料在固化反應後本身會有收縮現象，而從高溫冷卻到室溫的過程中，封裝材料的熱漲冷縮現象也會導致收縮，再加上與構裝基板介面間之殘留應力，以及各材料間熱膨脹係數差異，皆會造成翹曲現象發生。因此如何有效緩和與降低應力，除需考量到樹脂材料的選用外，更需考慮到成型後之黏著性、電絕緣性、耐熱、耐腐蝕性、低吸濕、低成型收縮率等特性要求，此為當前在晶圓級封裝過程中亟需解決的主要課題。
圖十二、模封後的翹曲示意圖
最新發展的成型底部填充膠(Mold Underfill; MUF)兼具密封與保護晶片的功能，於底部填充並能夠覆蓋IC和基板之間。採用MUF進行覆晶封裝，屬於密封處理且為一次工序封裝的底部填充物，由於需要使狹窄間隙的內部均勻，所以一般MUF主要皆是採用較細粉體填料，省掉多道工序因此可降低成本。國內僅有少數廠商投入相關構裝絕緣材料技術開發，而由市場趨勢顯示，有必要進行下世代兼具高導熱絕緣構裝材料之研發，目前尚無相關商品上市，但是未來卻是必然的材料發展趨勢…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：詹英楠、陳凱琪／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」392期、393期，更多資料請見下方附檔。