高宥榛、詹英楠、陳凱琪／工研院材化所
因應未來半導體封裝朝向大面積化及窄間距化發展，封裝材料內的無機粉體粒徑勢必將變得更小，才能確保穩定均勻的流動性，但粉體的表面積增加，對膠材安定性與相容性造成負面影響。為了增加無機粉體與有機樹脂基質間的相容性與密著性、提升分散效果及降低粉體沈降行為的發生，必須考量在粉體進行表面改質。本文將介紹IC封裝產業演進，並分析在其技術趨勢帶動下，無機粉體的需求以及市場規模，再進一步說明先進封裝材料使用之無機粉體需表面改質的必要性，最後介紹工研院材化所建置的無機粉體表面改質技術並詳述其成果。
【內文精選】
前 言
隨著可攜帶式電子產品蓬勃發展，電子通訊產品不斷地整合與推陳出新，IC構裝技術需求除輕薄短小外，更需具備高速度化與多功能化晶片模組系統。因應不斷創新型手機網路傳輸通訊、穿戴式產品應用、物聯網的應用領域與家電整合以及車用通訊等新產品設計趨勢，封裝尺寸越來越小，因此朝向高密度封裝技術趨勢、所需的接點數(I/Os)越來越多，對其晶片製造與封裝工藝之各方面可靠度相對要求也越來越高。傳統的半導體封裝如：BGA、QFN/DFN以及CSP(如FBGA、FinePitch Plastic BGA)等（如圖一所示），已無法滿足目前晶片封裝產品之高密度多功能異質整合、高傳輸效率與低成本等需求。其中發展最成熟的晶片尺寸封裝技術CSP，為了提升其生產效率及低成本化，也已朝向晶圓級晶片尺寸封裝WLCSP或稱晶圓級封裝WLP構裝技術發展。
圖一、IC封裝的技術演進
IC封裝材料簡介與需求
封裝的目的主要為保護晶片，隔絕環境對晶片產生之溫/濕度影響，同時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。除了在功能上須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。IC封裝材料依製程方式大致可分為兩大類：一是應用在移轉注模成型(Transfer Molding)製程的固態模封材料(EMC)；一是應用在點膠或網印製程的液態封裝材料(Liquid Encapsulant)。
1. 固態模封材料
固態模封材料被廣泛地使用在以導線架和有機基板為載體之傳統半導體構裝型態產品，如DIP、SIP、SOJ、SOP、QFP及PBGA等產品之封裝使用；隨著構裝技術薄型化、高密度化的發展，如LOC、CSP、Tape-BGA以及Stacked Package等先進半導體構裝產品，亦多是利用EMC材料製程。如圖二所示，在模封製程方面，移轉注模成型是利用圓柱型的固態封裝材料膠餅加熱熔融成液態，經由Plunger施予壓力進入模具中，硬化成型完成模封程序；壓縮成型(Compression Molding)是置放固態封裝材料於模具中，然後加熱熔化，再將晶片垂直向下放置在凝膠狀環氧樹脂上，最後施加壓力並硬化成型，此法減少了孔隙與成型不完全的缺點，並且減少不必要的環氧樹脂使用而有益環境。
2. 液態封裝材料
液態封裝材料是一種在常溫下呈液態且具有流動性的材料，過去大多使用在低階的COB產品上，但是近來由於構裝技術多樣化發展以及材料本身可靠度提升，液狀封裝材料已逐漸廣泛地使用於DCA、CSP、MCM、TAB及Flip Chip等新一代構裝技術。液態封裝材料依應用於半導體構裝型態的差異，大致可區分為頂部密封材料(Glob Top)與底部填充膠(Underfill)兩大類，而覆晶(Flip Chip)封裝主要是使用底部填充膠。
在覆晶封裝方面，底部填充膠的封膠方式，一般多採用點膠製程，如圖三所示，其原理為在晶片周圍的一邊或兩邊（L型）注入一定量的膠材後，利用毛細現象(CapillaryFlow)使膠材流入晶片與基板之間的間隙，等到晶片下方充滿膠材後，於晶片四周自然形成Fillet，有時也會利用點膠製程於封裝範圍四周補強形成Fillet。
圖三、底部填充膠封膠方式
工研院材化所二氧化矽無機粉體改質技術
因應未來半導體封裝朝窄間距化的發展趨勢，工研院材化所建立次微米二氧化矽粉體表面改質技術。二氧化矽採用D50≦1 μm、最大粒徑≦31 μm的粉體，利用濕式製程將矽烷偶合劑與二氧化矽表面的-OH反應，形成親油性的特質。濕式製程的優點在於可確保粉體於溶劑內進行改質時，粉體與粉體間不會因為靜電而有團聚的現象發生，當粉體在溶劑內達到高分散性，表面改質的反應性可顯著地提高。改質後的粉體分析，係以…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》416期，更多資料請見下方附檔。