隨著近幾年半導體封裝技術發展，晶片厚度越來越薄，利用扇出型封裝整合技術而加大封裝面積，導致嚴重的翹曲問題，進而影響晶片電性傳遞或造成晶片破裂等問題。研究發現，封裝體翹曲問題來自於各種封裝材料熱膨脹係數的不同，在加熱流程中產生熱應力所導致。為改善此問題，選擇低應力或低模量的封裝材料為其中的解決方法，在各種封裝材料中，矽膠即為具有此特性的關鍵材料。因應此需求，本文將提及三種新型熱融矽膠，其中包含熱融型矽膠片(Silicone Hotmelt Film; SHF)、液態熱融矽膠(Silicone Hotmelt Cartridge; SHC)與錠狀熱融矽膠(Silicone Hotmelt Tablet; SHT)，分別適用於各種製程與應用。此新型熱融矽膠具有出色的應力耦合特性，能有效降低熱應力聚集，且因熱融性能對各種不同材質界面產生極佳的接著強度，大幅改善有機矽膠接著性較差的缺點，因此，這三款新型熱融矽膠不僅強化了有機矽膠的特性，也提供用於各種製程方式與應用，如：真空熱壓(Vacuum Lamination)製程、壓縮成型(Compression Molding)、轉注成型(Transfer Molding)等，開啟了有機矽膠在半導體封裝領域的新應用。
【內文精選】
熱融型矽膠片(Silicone Hotmelt Film; SHF)
此熱融型矽膠片在室溫下為一片狀材料，兩側各有離型膜，如圖一所示。製程上利用熱壓加以真空排氣泡，來形成一保護層或接著層，適用於大面積晶片保護的應用。大面積的成型需考量與基板間熱膨脹係數的差異，且有些會使用軟板，若使用一般凝膠類材料，其模量雖夠低，但熱膨脹係數過大，且硬度太低無法提供支撐與保護。另一方面，相較於其他成型製程，真空熱壓製程相對簡單且快速，能有效提高產能。
圖一、(a)熱融型矽膠片外觀，厚度為120 μm~2,000 μm；(b)壓合後具良好透光度
真空熱壓製程如圖二，製程上顧名思義需加熱使其熔融成流動態，此時輔以抽真空除泡，同時使膠能順利填入晶片的間隙，再以壓力來控制形成厚度，並均勻施壓以達到厚度均一性。因其模量較高，固化後表面不具沾黏性，可當作單層保護層；或上下結合基板的中間黏著層。熱融型矽膠對於不同材料界面有良好的接著性，改善了傳統液態矽膠對於一些有機材質或金屬基板(如：金、銀、鎳等)接著較差的缺點，在冷熱循環測試下(-40˚C/30 minutes ↔150˚C/30 minutes)，結果顯示接著力並無顯著變化且無脆化剝落的現象，同時也維持了高穿透度，結果如圖三。另外，此材料具有極佳的應力耦合性，能有效降低熱應力以避免封裝翹曲的問題，如圖四實驗結果所示，相較於傳統液態有機矽膠，其模量與熱膨脹係數並無明顯差異，但在軟性聚醯亞胺(Polyimide; PI)薄膜上，固化後卻呈現不同的結果，由結果可知，熱融型矽膠能有效改善翹曲問題。而進一步也在厚度為100微米(μm)的8吋矽晶圓上做測試，經過100˚C的真空熱壓製程，以及150˚C高溫固化後，整體晶圓並無翹曲與變形，如圖五，表示此熱融型矽膠片符合材料與製程上的需求。再者，由於此材料也具有高透光度，故也能拓展到光學膜的應用，或當作Mini/Micro LED晶片保護層。由此得知，此新型熱融矽膠片不僅提供了一種快速穩定的製程方式，且能用於晶圓級封裝(Wafer Level Package)與大面積面板型封裝(Panel Level Package)或光學級LED晶片封裝，尤其是軟性基板的應用上。
圖三、熱融型矽膠片熱壓於PCB板上，經冷熱衝擊試驗的結果
液態熱融矽膠(Silicone Hotmelt Cartridge; SHC)
傳統熱融矽膠產品可提供瞬間黏著力與高黏著力的效果，常被用於需快速接著的電子元件應用，但最為人詬病的是固化後若再經過高溫處理，則會再次發生熔融反應，衍生出耐溫性不佳的問題。此新型液態熱融膠除了解決上述因高溫再次熔融的問題，也依照對軟性成型材料的需求調整配方，強化應力耦合的能力，以達到材料與製程上的要求。如前所述，環氧樹脂因硬度與模量高，為目前最普遍的成型材料，但針對軟性成型材料或軟性基板的應用，則不適用硬度高的環氧類有機材料，進而研發出此液態熱融矽膠。製程上需加熱膠管至100˚C使其成低黏度熔融態後，進行點膠至成型槽，可藉由加熱槽的溫度來調整熱融矽膠的黏度，亦即流動性，以達到最佳填縫效果，最後再進行壓縮成型並固化，如圖六所示。若當作一般熱融膠使用，因室溫下不流動的特性，提供一種避免溢膠的解決方案。另外，為了拓展其應用，除了既有的加熱固化方式，也提供另一種雙固化系統，即添加紫外光起始劑，藉由紫外光照射來釋放催化劑後，再得以室溫或低溫固化，此系統適用於無法耐高溫的基板或元件的應用。
圖六、液態熱融矽膠用於壓縮成型製程示意圖
錠狀熱融矽膠(Silicone Hotmelt Tablet; SHT)
隨高功率元件需求的高漲，一般以環氧樹脂轉注成型的方式，在高溫操作的情況下，因材料玻璃轉換溫度導致特性改變，往往造成無法預期的翹曲問題。為解決此問題，提出此款適用於轉注成型的錠狀熱融矽膠…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
（廣編企劃）