BGA(球柵陣列)電子構裝中基板裸露金區對膠體脫層影響之研究. … · 過之標準化製程與材料。，其中有一IC產品於Pre-con測試後，遭遇到膠體與銲線區

國立高雄大學電機工程學系(研究所)

碩士論文

BGA(球柵陣列)電子構裝中基板裸露金區對膠體脫層影響

之研究.

The Study Of Delaminating At Interface Between

Molding Compound And Gold Substrate Bond Pad In

BGA(Ball Grid Array) Package.

研究生：謝清俊

指導教授：施明昌

中華民國九十九年七月

I

摘要

聯合電子設備電子工程委員會(JEDEC)，規範半導體產業相關規格標準,包含尺寸大

小規格，環境測試項目(Pre-con)、可靠度測試(Reliability test) 標準項目【1】，

做為從事半導體產業共同規範與標準。

輕、薄、短、小、高 I/O、多功能、低價格、高品質之 3C 產品(Computer、Consumer、

Communication)需求與綠色環保產品要求為 IC 產品發展趨勢，不斷挑戰產品尺寸、材

料安全，促使封裝製造廠與材料供應商日益精進研發新封裝製程與材料技術。

本人負責 BGA(Ball Grid Array)封裝新產品導入量產之驗證作業,使用已被驗證通

過之標準化製程與材料。，其中有一 IC 產品於 Pre-con 測試後，遭遇到膠體與銲線區

脫層缺點之品質問題。

此研究主題，在假設不更改標準製程與材料前提下，依據產品脫層缺點模式，研究

解決脫層缺點之製程方法。

關鍵詞：脫層、黏著、膠餅、露金區、基板。

II

Abstract

Semi-conduct product criteria that include standards of product dimension

and reliability condition is defined by Joint Electron Device Engineering

Council (JEDEC)。

Lighter weight、thinner thickness、 smaller size、high I/O pins、low cost、

high functions 、high quality and green environmental material are trend of IC

products development and challenge manufacturer and material supplier to study

new technology and new material。

I am in charged of new device package development for mass production.

During new product development by using that a qualified process and standard

material. A quality issue that product occurred delaminating defect between

compound and wire bonding area after product pre-con test has been formed.

The object of this thesis is to development a assumed process to eliminate

delaminating defect without changing standard assembly process and material.

Keyword: Delaminating、Adhesion、 Compound 、Exposed Au area、 Substrate

III

誌謝

能有機會在高雄大學電機研究所進修，首先要感謝高雄大學與日月光公司產學合

作，讓我有機會能在工作之餘更有系統、更深入學習半導體相關知識進而了解日後可進

一步進修的途徑。

再者要感謝電機所教授施明昌老師、藍文厚老師、郭馨徽老師、馮世維老師、李

孟恩老師、沈茂田老師、陳彥君老師、李亭林老師與日月光講師群，知無不言、言無不

盡、認真有耐心的敎學。使駑鈍的我對半導體專業的硬知識、英文表達與組織管理的軟

知識都有更進一步的認識與學習方向，也間接強化職能技巧。接著要感謝同事哲仁，分

擔了部分工作上的公事與我太太雅玲專心照顧我調皮兒子昀穎，讓我在進修這二年無後

顧之憂，專心讀書。

最後要大力的感謝指導教授施明昌老師，在公務繁忙之餘，能不厭其煩指導我論

文寫作方向，學理分析與報告補強。僅以本文獻給所有關心我的朋友、老師、同事、同

學和家人。

IV

目錄

摘要............................................................ Ⅰ

Abstract ........................................................ Ⅱ

誌謝............................................................ Ⅲ

目錄............................................................ Ⅳ

表目錄.......................................................... Ⅴ

圖目錄.......................................................... Ⅵ

第一章緒論......................................................1

1.1 研究背景............................................. 1

1.1 研究動機............................................. 1

1.3 研究方法............................................. 1

第二章原理簡介 ................................................. 2

2.1 力學原理: ........................................... 2

2.2 浦松比(Poisson's Ration) ............................. 4

2.3 熱膨脹係數 ........................................... 4

2.4 影響界面粘接強度的主要因素 ........................... 6

第三章 BGA 封裝製程與可靠度測試流程簡介 ......................... 11

3.1 BGA 封裝流程簡介..................................... 11

3.2 可靠度測試流程簡介 .................................. 19

第四章基板製程簡介與比較....................................... 25

4.1 Normal 基板製造流程 ................................. 26

4.2 Etching Back 基板製造流程 ........................... 28

4.3 GPP + DI 基板製造流程................................ 29

4.4 SG 基板製造流程...................................... 30

第五章基板鍍金區與銅表面對綠漆黏著力比分析 ..................... 32

5.1 黏著強度的量測規範 .................................. 32

5.2 基板鍍金表面與銅表面粗糙度之比較..................... 36

5.3 布丁模黏著力測試..................................... 36

5.4 綠漆與銅、綠漆與金黏著力結論......................... 41

第六章 LFBGA 17x17x0.7 760L 脫層異常現象 FA 分析 ................. 42

6.1 產品基本資料........................................ 42

6.2 JEDEC Precondition MSL3 回溫爐作業規範............... 42

6.3 SAT 缺點現象 ........................................ 43

6.4 Cross section and SEM 分析 .......................... 44

6.5 FA 推論 ............................................. 48

V

第七章無電鍍線化學鍍與濺鍍基板對產品脫層失敗模式分析 ........... 49

7.1 Nanya 與 Kinsus SG substrate profile 比較............ 49

7.2 基板與膠餅脫層再現性實驗 DOEⅠ ....................... 49

7.3 基板與膠餅脫層再現性 DOEⅠ實驗結果 ................... 51

7.4 基板與膠餅脫層再現性 DOEⅠSAT 比對和失敗分析 FA........ 52

第八章基板無電鍍線濺鍍鍍金區大小對產品脫層失敗模式分析與驗證.... 59

8.1 基板鍍金大小對餅脫層影響實驗 DOEⅡ ................... 59

8.2 DOEⅡ封裝流程 ....................................... 59

8.3 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡ實驗結果 ............... 60

8.4 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡSAT and FA ............. 60

8.5 基板鍍金大小對餅脫層面積 SAT 分析..................... 64

第九章結論與未來討論 .......................................... 66

參考文獻....................................................... 67

VI

表目錄

表 3-1 Pre-condition MSL(濕度敏感度)等級分類表: ................. 21

表 3-2 環境測試條件表: ......................................... 21

表 4-1 BGA 基板製程流程表........................................ 25

表 4-2 BGA 基板製程差異比較表.................................... 31

表 4-3 BGA 基板製程優劣比較表.................................... 31

表 6-1 JEDEC 無鉛製程回溫爐各區段作業規範: ...................... 42

表 7-1 膠餅 Compound data sheet .................................. 49

表 7-2 基板脫層再現性實驗 DOEⅠ實驗組別 .......................... 50

表 7-3 基板脫層再現性實驗 DOEⅠ實驗結果 .......................... 51

表 8-1 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡ實驗組別..................... 59

表 8-2 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡ實驗結果..................... 60

VII

圖目錄

圖 2-1 正向力.................................................... 2

圖 2-2 正向應力.................................................. 3

圖 2-3 應力-應變................................................. 3

圖 2-4 彈性應力-應變............................................. 3

圖 2-5 應變種類 .................................................. 4

圖 2-6 熱膨脹示意圖.............................................. 5

圖 2-7 CTE 不同材料變形效應示意圖................................. 5

圖 2-8 表面張力示意圖 ............................................ 7

圖 2-9 分子擴散示意圖 ............................................ 8

圖 2-10 複合材料分子或分子擴散黏著示意圖 .......................... 8

圖 2-11 靜電黏著示意圖 ........................................... 9

圖 2-12 化學鍵結黏著示意圖 ....................................... 9

圖 2-13 機械黏著示意圖 ........................................... 9

圖 2-14 黏著劑機械黏著示意圖..................................... 10

圖 3-1 BGA 前段封裝流程 ......................................... 12

圖 3-2 BGA 後段封裝流程 ......................................... 13

圖 3-3 晶片研磨與切割圖示 ....................................... 14

圖 3-4 晶片黏著圖示............................................. 15

圖 3-5 銲線流程圖示............................................. 15

圖 3-6 Molding 膠注圖示 ......................................... 16

圖 3-7 產品鐳射正印圖示 ......................................... 17

圖 3-8 PBGA 沖切圖示 ............................................ 18

圖 3-9 浴缸曲線 ................................................. 19

圖 3-10 可靠度測試流程 .......................................... 20

圖 3-11 開短路測試機台 .......................................... 22

圖 3-12 超音波掃描機............................................ 23

圖 4-1:基板 Normal Process 製程流程 .............................. 26

圖 4-2:基板 Normal Process 製程流程圖示 .......................... 27

圖 4-3:基板 Etching Back Process 製作流程......................... 28

圖 4-4:基板 Etching Back Process 製程圖示......................... 28

圖 4-5:基板 Double Image Process 製作流程......................... 29

圖 4-6:基板 Double Image Process 製程圖示......................... 29

圖 4-7:基板 Selective Gold Process 製作流程....................... 30

圖 4-8:基板 Selective Gold Process 製程圖示....................... 30

圖 5-1 SEMI-standard 中用來量測剪黏著強度的三種量測方式 .......... 33

VIII

圖 5-2 黏著強度的七種量測方式(ASM- standard) .................... 35

圖 5-3 基板鍍金表面與銅表面粗糙度之量測 ......................... 36

圖 5-4 ASE 布丁模具 & 模具設計圖 ................................ 37

圖 5-5 ASE 布丁模 molding 機台 KOTAKI 與推力量測機台 .............. 38

圖 5-6 ASE 布丁模推力量測與樣品示意圖 ........................... 39

圖 5-7 綠漆與銅/綠漆與金布丁模測試樣品 .......................... 39

圖 5-8 綠漆與銅/綠漆與金布丁模測結果 JMP 分析圖................... 41

圖 6-1 JEDEC IR re-flow lead free profile definition ............. 42

圖 6-2 TFBGA 760L Pre-condition MSL3 前之 SAT 圖.................. 43

圖 6-3 TFBGA 760L Pre-condition MSL3 後之 SAT 圖.................. 44

圖 6-4 TFBGA 760L SAT 異常位置與基板相對位置..................... 44

圖 6-5.1 Failure Sample#1 Cross section 位置 ..................... 45

圖 6-5.2 Failure Sample#1 SEM 圖 ................................ 45

圖 6-6.1 Failure Sample#2 Cross section 位置 ..................... 46

圖 6-6.2 Failure Sample#2 SEM ................................... 46

圖 6-7.1 Failure Sample#3 Cross section 位置和 SEM 圖............. 47

圖 6-7.2 Failure Sample#3 位置 1放大圖 ........................... 47



圖 7-1 Nanya 與 Kinsus SG substrate profile 比較................. 49

圖 7-2 DOEⅠ封裝流程............................................ 50

圖 7-3 DOEⅠCell#1~Cell#3 MSL3 前、後 SAT 圖...................... 52



圖 7-6 DOEⅠCell#10~Cell#12 MSL3 前、後 SAT 圖.................... 55

圖 7-7 DOEⅠCell#1 Drawing and SAT 位置比較圖 and SEM 圖 .......... 56



圖 8-1 DOEⅡ封裝流程............................................ 59

圖 8-2 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡSAT and FA................... 61

圖 8-3 不同 layout 基板 SAT 失敗面積大小比較....................... 64

圖 8-4 基板 A11482 與 A11309 第一層銅箔層比較...................... 65

1

第一章緒論

1.1 研究背景：

本人負責新產品在導入量產前須依據JEDEC預先處理流程測試方法(Pre-con測試)

【2】與可靠度測試，產品經過品質驗證後始可量產。在導入 BGA(Ball Grid Array)封

裝新產品量產之驗證作業中,使用已被驗證通過之標準化製程【3】與材料，其中 LFBGA

17x17 760L 封裝完成後，產品於 Pre-con 測試，遭遇膠體與銲線區脫層缺點之品質問

題，此為材料間之黏著力問題，更換膠材料(Compound)應即可解決，但可能也有副作用

產生，例如黏膜、孔洞，況且涉及已標準化材料、材料重新驗證時程與未來量產可能遭

遇作業面問題。故在不變更標準化膠餅(Compound)前提下，對產品需求所須選用材料特

性、製程特性與產品設計問題，加以分析、研究、驗證以解決脫層問題。

1.2 研究動機：

在此一研究題目上，須了解產品失敗模式與原因分析、基板製程特性與差異、製

程材料特性。以使產品能通過 Pre-con 測試（預先處理流程測試）並提供與訂定基板設

計參考。

將求學所學習的知識結合工作經驗，運用到實際作業面與製造產品上，學以致用，

以解決工作上所遇到工程問題。

1.3 研究方法:

本研究重點，透過分析失敗模式原因分析與收集現有產品資訊加以驗證確認產品

失敗真因，進而追蹤相關製程問題,透過問題假設與模擬與重現等方法，加以驗證改善

產品品質，進而訂定設計規範，以避免同樣再度問題發生。

2

第二章原理簡介

2.1 力學原理: 許多實際材料，如一根長度為 L、橫截面積 A的稜柱形棒，在力學上都可以用虎克

定律來模擬—其單位伸長（或縮減）量（應變）在常係數 E（稱為楊氏模數）下，與拉

（或壓）應力 σ 成正比例。其關係圖如圖 2-1.

其定義為σ=Eε【13】

E 表示楊氏模數，σ 表示正向應力，ε 表示正向應變。

彈性材料承受正向應力時會產生正向應變，在形變數沒有超過對應材料的一定彈性

限度時，定義正向應力與正向應變的比值為這種材料的楊氏模量。

ε=ΔL/L L= 原長度, ΔL =變形量,

σ =正向應力 F =正向力 A= 橫截面積

or

圖 2-1 正向力

3

圖 2-2 正向應力

圖 2-3 應力-應變

圖 2-4 彈性應力-應變

4

2.2 浦松比(Poisson's Ration)

浦松比=橫應變/縱應變=Δd/Δl 【14】

任何物體受軸力產生變形一定有縱向與橫向的變形，也就是說兩個變形量，

即縱向變形量 Δl=l'-l 與橫向變形量 Δd=d'-d

當物體拉伸時 Δl>0，Δd

5

體積熱膨脹係數：γ

0V =原體積, V∂ =體積變化, T∂ =溫度變化

圖 2-6 熱膨脹示意圖

熱膨脹係數不同的二種物質結合在一起，因二種物質膨脹速率不同，使二種物質

間互相拉擠對方，因而產生應力造成受熱變形之效應【16】。

圖 2-7 CTE 不同材料變形效應示意圖

6

2.4 影響界面粘接強度的主要因素：

跟複合材料有關係【17】

1.吸附及潤濕

1.擴散理論

3.靜電理論

4.化學鍵結

5.機械黏著

以上可能以一個機構為主或多種機構並存

2.4.1 吸附及潤濕

浸潤指液體與固體發生接觸時，液體附著在固體表面或滲透到固體內部的現象，

此時對該固體而言，該液體叫做浸潤液體。不浸潤指液體與固體發生接觸時，液體不附

著在固體表面且不滲透到固體內部的現象，此時對該固體而言，該液體叫做不浸潤液體。

浸潤與不浸潤現象產生的原因可以用分子力作用解釋。當液體與固體接觸時，在

接觸處形成一個液體薄層，這個液體薄層叫做附著層。附著層內部的分子同時受到液體

分子和固體分子的吸引。如果固體分子對液體分子的引力大於液體分子之間的引力，那

麼附著層的分子密度將會大於液體的分子密度，此時附著層內的分子相互作用表現為斥

力，液面呈現擴散的趨勢，便形成了浸潤現象。如果固體分子對液體分子的引力小於液

體分子之間的引力，那麼附著層的分子密度將會小於液體的分子密度，此時附著層內的

分子相互作用表現為引力，液面呈現收縮的趨勢，便形成了不浸潤現象。如果液體對固

體浸潤，同時固體內部存在毛細管，那麼因為毛細作用，液體會滲透到固體的內部。

關於潤濕可由兩個簡單的式子加以說明。Dupre' Eq. 表示液體黏著於固體所需的

熱力學上的功，Wa 如下式：

Wa=γ1+γ1+γ11

其中γ1，γ1表示液體及固體的表面自由能(surface free energy)，γ11 為液體－固

體介面的表面自由能。

當液體潤濕固體表面時，原本氣─固的界面被液─固的界面所取代，而氣─固與液

─固之界面張力的差，稱之為「濕潤張力」。當氣─固的界面張力大於液─固的界面

張力時，也就是固體和液體間的吸引力大於固體和氣體間的吸引力時，固體和氣體間的

界面張力會將液─固界面拉伸。換句話說，被濕潤的固體表面有較低的界面張力，因此

液體會在固體表面擴張。當液體滴在固體表面上時，固體表面和液滴切線的夾角，就是

所謂的接觸角。而濕潤張力和接觸角的關係，可以用楊格方程【4】(en:Young–Laplace

equation)：

7

1805 年，托馬斯·楊通過分析作用在由氣體環繞的固體表面的液滴的力而確定了

接觸角θ。

圖 2-8 表面張力示意圖

其中

= 固體和氣體之間的表面張力

= 固體和液體之間的表面張力

= 液體和氣體之間的表面張力

θ可以用接觸角測量計來測量。接觸角小，表示液體能有效地潤濕固體表面。

8

2.4.2 擴散理論

兩個表面的鍵結可能由一個表面的分子擴散至另一個表面而形成，而鍵結力量的

大小則依分子間相互擴散纏繞的程度、參與的分子數目的多寡以及分子間結合力量的大

小而定。

分子擴散, 通常簡稱為擴散, 是分子通過隨機分子運動從高濃度區域向低濃度區域的

網狀的傳播. 擴散的結果是緩慢的將物質混合起來. 在溫度恆定的空間中, 忽略外部

分子的相互作用力, 擴散過程的結果是完全混合或達到一種平衡狀態. 數學上,擴散過

程通常由菲克定律描述.

圖 2-9 分子擴散示意圖

複合材料的組成藉由原子或分子的相互擴散，可在介面形成所謂擴散黏合。對高

分子複合材料而言，擴散黏合是加強材與基材分子間相互糾結(Intertwining)的結果，

如圖所示。當糾結的程度愈嚴重。糾結的分子密度愈高，則擴散黏著的強度愈高。

圖 2-10 複合材料分子或分子擴散黏著示意圖

2.4.3 靜電理論

靜電黏著理論最早是由蘇俄科學家 Deryaguin 所提出，假設所有的黏著現象大部份可

解釋為介面上的電荷轉移而產生電雙層(electrical double layers)，一個表面帶正電

荷，另一個表面帶負電荷，如同酸－鹼相互作用(acid-base interaction)或離子的鍵

結(ionic bonding)，這種結合力量的大小視電荷的密度而定。當介面存在正電荷及負

電荷時，加強材與基材之間即產生黏著的效果，如圖所示。黏著強度度依電荷密度的大

小而定，靜電吸引僅在幾個原子距離有效，因此，基材與加強材需有緊密的接觸。

9

圖 2-11 靜電黏著示意圖

2.4.4 化學鍵結

化學鍵結的形成是加強材表面的化學集團與基材上的可相反應的化學

集團相結合的結果。鍵結強度度依單位面積鍵結數量與鍵結種類而定。

圖 2-12 化學鍵結黏著示意圖

2.4.5 機械黏著

如圖所示，當表面愈粗糙，機械互鎖(Mechanical Locking)的現象愈明顯，黏著

的強度也就愈強。當介面所受力的方向是平行介面時，也就是受剪力，機械黏著的效果

較佳，若是受力方向垂直介面，則機械黏著的效果比較差。

圖 2-13 機械黏著示意圖

10

有些鍵結是二個表面產生機械性的互鎖(mechanical interlocking)。

膠與被著體之間的交互作用力有好幾種，最基本的黏著力來源是利用分子間的吸引力，

例如氫鍵，以及任何黏著劑都會產生的凡得瓦力（Van der Waals force）等。不過，

分子力的作用距離通常很小，為了製造較多分子力，黏著劑一般呈液態，利用其流動性

填滿被著體表面凹洞，增加近距離的接觸面積。

液態黏著劑產生的分子力並不夠強，用手一拉就會分離，理想的黏著劑必須能固化，與

物體表面凹凸不平處相互扣鎖，使物體能抵抗欲分開兩者的外力，這稱為機械性交互扣

鎖原理（mechanical interlocking）

黏著劑的黏著過程會經歷兩個步驟，先利用液態濕潤物體，滲進物體表面凹洞後，待其

固化，膠與物體表面就會相互扣鎖，外力便無法將兩物體分離了。

圖 2-14 黏著劑機械黏著示意圖

固化後的黏著劑不僅能與被著體產生機械力，本身結構也會增強，原因是固化過程中

有些黏著劑因溶劑揮發，而使黏著劑分子彼此間更靠近，因此產生更多分子力。

黏著劑的基本接合方式不外乎先利用液態濕潤物體表面，再經固化與物體相互扣

鎖，即可達到緊密結合。由於分子結構不同，各種黏著劑只能近距離與某些特定材質形

成較強的分子力或彼此糾纏，

11

第三章 BGA 封裝製程與可靠度測試流程簡介

隨著 IC 產品需求量的日益提昇，推動了電子構裝產業的蓬勃發展。而電子製造技

術的不斷發展演進，在 IC 晶片「輕、薄、短、小、高功能」的要求下，亦使得構裝技

術不斷推陳出新，以符合電子產品之需要並進而充分發揮其功能。構裝之目的主要有下

列四種：

（1）電力傳送: IC 要動作，需有外來的電源來驅動，外來的電源經過構裝層內的

重新分佈，可穩定地驅動 IC，使 IC 運作。

（1）訊號輸送: IC 所產生的訊號，或由外界輸入 IC 的訊號，均需透過構裝層線

路的傳送以送達正確的位置。

（3）熱的去除: IC 的發熱量相當驚人，目前 CPU 的發熱量已達 40~50W，新一代

的 CPU 則可高達 90W，藉由構裝的熱傳設計，可將 IC 的發熱排出，

使 IC 在可工作溫度下(通常小於 85℃)正常運作。

（4）電路保護: 構裝可將 IC 密封，隔絕外界污染及外力的破壞，提供足夠的機

械強度，供後續製程使用。

3.1 BGA 封裝流程簡介

裸晶片在不經過封裝保護，容易受到空氣中的濕氣和氧的影響，半導體積體電路

元件會隨時受到氧化和腐蝕，使整個系統無法工作。因此封裝的目的在保護半導體晶

片，使其與晶片外接線路不受外界影響。

BGA 封裝流程區分兩大部分。在晶片銲線前，對作業環境敏感，稍有污染或異物

容易使產品封裝失敗造成產品報廢。故以晶片銲線與否，區分前段流程和後段流程。其

封裝流程如下:

12

前段流程:

將晶圓廠送到封裝廠之晶圓，進行晶圓研磨、晶圓切割、晶粒黏貼、晶粒與基板銲

線打等作業流程(圖 3-1)。其主要作業目的如下：

晶圓研磨：一般晶圓廠送到封裝廠之晶片厚度約為 30mils，以降低晶片在運送過程中

破片。封裝廠必須將晶片研磨到所需封裝之晶片厚度。晶片厚度因產品結構

不同隨之一有不同厚度定義。

晶圓切割：按晶片之晶粒大小，將晶片切割成各自獨立之晶粒，以利後續晶粒連貼機板

作業。

晶粒黏貼：使用銀膠(epoxy)或膠膜(epoxy film)，將晶粒黏貼固定到基板上，以利後

續晶粒與機板銲線連接作業。

銲線：透過打線機將金線/銅線/鋁線，銲接到基板上，使晶粒與基板連接。

圖 3-1 BGA 前段封裝流程

13

後段流程:

接續前段作業已完成銲線產品，使用封膠將產品密封以保護晶粒與銲線不受外力、

異物等外在環境影響功能，並植上錫球以利產品後續與母板(mother board)之上板與導

通作業。其作業流程(圖 3-2)包含封膠、穩定烘烤、正印、植球、成形等作業。其主要

作業目的如下：

封膠：使用封膠將產品密封以保護晶粒與銲線不受外力、異物等外在環境影響。

穩定烘烤：使封膠高分子材料之化學反應完全反應已達產品穩定性。

正印：在產品膠體上以雷射正印或油墨正印將產品生產識別資料印於產品上。以利產品

識別與追蹤。

植球：將錫球植到基板上，以使晶粒能透過錫球與外界母板連接。

成形：將產品從條狀機板切割成各自獨立產品。

圖 3-2 BGA 後段封裝流程

14

晶片切割（Die Saw）

晶片切割之目的為將前製程加工完成之晶圓上一顆顆之晶粒（die）切割分離。欲

進行晶片切割，首先必須進行晶圓黏片，而後再送至晶片切割機上進行切割。切割完後

之晶粒井然有序排列於膠帶上，而框架的支撐避免了膠帶的皺摺與晶粒之相互碰撞。

圖 3-3 晶片研磨與切割圖示

15

黏晶（Die Bond）

黏晶之目的乃將一顆顆之晶粒置於導線架上並以銀膠（epoxy）黏著固定。黏晶完

成後之導線架則經由傳輸設備送至彈匣（magazine）內，以送至下一製程進行銲線。

圖 3-4 晶片黏著圖示

16

銲線（Wire Bond）

銲線乃是將晶粒上的接點以極細的金線（18～50μm）連接到導線架之線路，進而

藉此將 IC 晶粒之電路訊號傳輸至外界。打線機銲線作動流程如下圖 3-5。

圖 3-5 銲線流程圖示

17

封膠（Mold）

封膠之主要目的為防止濕氣由外部侵入、以機械方式支持導線、內部產生熱量之

去除及提供能夠手持之形體。其過程為將導線架置於框架上並預熱，再將框架置於壓模

機上的構裝模上，再以樹脂充填並待硬化。

圖 3-6 Molding 膠注圖示

印字（Mark/Laser）

印字/雷刻乃將字體印於構裝完的膠體之上，其目的在於註明商品之規格及製造

者等資訊。

圖 3-7 產品鐳射正印圖示

18

剪切/成形（Trim /Form）

剪切之目的為將導線架上構裝完成之晶粒獨立分開，並把不需要的連接用材料及

部份凸出之樹脂切除（dejunk）。成形之目的則是將外引腳壓成各種預先設計好之形

狀，以便於裝置於電路版上使用。剪切與成形主要由一部衝壓機配上多套不同製程之

模具，加上進料及出料機構所組成。

圖 3-8 PBGA 沖切圖示

檢驗（Inspection）

晶片切割之目的為將前製程加工完成之晶圓上一顆顆之檢驗之目的為確定構裝

完成之產品是否合於使用。其中項目包括諸如：外引腳之平整性、共面度、腳距、印字

是否清晰及膠體是否有損傷等的外觀檢驗。

19

3.2 可靠度測試流程簡介

「可靠度」的觀念其實早在二次大戰期間德國在研製 V1 火箭階段時，就有系統強

度決定於其中最弱環節的觀念。1951 年美國電子設備可靠度顧問團(Advisory Group on

The Reliability of Electronic Equipment; AGREE)對電子裝備進行研究，並提出可

靠度報告之後，把「可靠度」定義為「產品於既定時間內及特定使用環境條件下，執行

特定功能，成功完成工作目標的機率」[1]。所以，在明確的定義下進行長期可靠度測

試，從成功機率很容易研判一種產品是合格的或是失敗的。任何產品，尤其是電子光電

產品，在上架前都應該要有可靠度測試數據，這是生產者的責任。

隨著 IC 製程技術的進步與品質意識的不斷提昇，人們對 IC 產品可靠度之要求也

越來越高。IC 產品故障率對時間的關係-浴缸曲線(bathtub curve)、IC 產品故障率

FIT 的計算、IC 產品可靠度的評估方式-加速測試的理論與模型及主要的 IC 產品可靠

度測試項目。

3.2.1 浴缸曲線

這是從早期的故障率和恆定故障率曲線的數據結合正常損耗故障率得到的一條

合成曲線。這條曲線用來評價產品使用在一定時段過程中的可靠性。它認為產品壽命

失敗應會發生在產品的早期或末期。而產品壽命在早期與末期之間的失敗比率是偏低

並且是恆定的。

圖 3-9 浴缸曲線

20

IC 可靠度測試是在模擬運送及上板過程中與在各種環境應力下產品生命週期，所收

集資料可換算成 IC 壽命。其用意在於驗證及消除產品初期的故障問題，並提供產品失

敗的比率和產品失敗機構的資料，進一步預測產品於長期正常使用的條件下，之使用壽

命。

可靠度測試流程：

圖 3-10 可靠度測試流程

21

表 3-1 Pre-condition MSL(Moisture Sensitivity Level 濕度敏感度)等級分類表:

表 3-2 環境測試條件表:

22

圖 3-11 開短路測試機台

超音波掃瞄檢測(SAT)：

超音波顯微鏡(SAT)是指 Scanning Acoustic Tomography 的簡稱，而 Tomography

的意思即是＂斷層掃瞄攝影＂。又稱為 SAM (Scanning Acoustic Microscope)，應用

於電子產品之超音波頻率是指高於 9KHz 者，可以穿透一定厚度的固態與液態物質，以

檢測其結構組成之變異。目前使用之介質，通常為純水，為最便宜與安全之物質。

超音波檢測之基本原理係利用超音波訊號發射源(Transducer，俗稱探頭)並以純

水為介質而傳導到待測物體上，經由超音波的回聲反射或穿透等的動作，讓此訊號在機

台經過特定軟體處理呈現影像。Transducer 的選擇會因為待測物之厚度與材質而有不

同選擇。

電子產品主要使用SAT來進行結構脫層(Delamination)或裂縫(Crack)等的檢測之

用，SAT 掃瞄常用的模式包括 A-scan、B-scan、C-scan、T-scan 與 TAMI 等多項應用。

23

圖 3-12 超音波掃描機

溫度循環試驗 (Thermal Cycle Test)：

用以評估半導體封裝抵抗因昇溫、降溫、熱漲冷縮造成之機械應力對封裝體可靠

度之影響。在產品的生命週期中，可能面臨各種環境的條件下，使得產品在脆弱的部份

顯現出來，造成產品的損傷或失效，進而影響到產品的可靠度。以每分鐘 5~15 度的溫

變率，在溫度變化上做一連串的高、低溫循環測試，此試驗並非真正模擬實際情況。其

目的在施加應力於試件上，加速試件之老化因子，使試件在環境因素下可能產生損害系

統設備及零組件，以決定試件是否正確設計或製造。

常見的有：

產品之電性功能

潤滑劑變質而失去潤滑作用

喪失機械強度，造成破裂、裂縫

材質之變質而引起化學作用

溫度衝擊試驗(Thermal Shock Test)：

TST 類似 TCT，用以評估半導體封裝抵抗急驟昇溫、降溫、熱漲冷縮造成之機械應

力對封裝可靠性之影響。相較於 TCT，TST 測試因急速升降溫，條件更為嚴苛。在產品

的生命週期中，可能面臨各種環境的條件下，使得產品在脆弱的部份顯現出來，造成產

品的損傷或失效，進而影響到產品的可靠度。以每分鐘 40 度的溫變率，在溫度急速變

化上做極嚴苛條件之高、低溫衝擊測試，此試驗並非真正模擬實際情況。

24

其目的在施加嚴苛應力於試件上，加速試件之老化因子，使試件在環境因素下可能產生

潛在性損害系統設備及零組件，以決定試件是否正確設計或製造。

常見的有：

產品之電性功能

產品結構毀壞或強度降低

零組件之錫裂現象

材質之變質而引起化學作用

密封損害

溫度與濕度試驗(Temp./Humidity - Damp Heat Test)：

THT 用於評估半導體封裝在穩定狀態濕氣環境下之可靠度。高溫高濕(85℃

/85%RH)環境加速濕氣自膠體或膠體/導線架間介面滲入封裝體內。在自然氣候中，

溫度( Temperature )與濕度( Humidity )是無法分離的環境條件，而此環境條件往

往隨地理位置不同而出現氣候條件不同。

高溫儲存試驗(High Temperature Storage Life Test HSLT)：

HSLT 用於評估半導體封裝於長期高溫儲存之可靠度。打線之品質、離子污染或敏

感之化學成份等均在評估範圍。常見之故障包括介金屬居過渡成長造成斷路或晶片裂傷

造成之短/斷路等。

高溫加速應力試驗(High Temperature Accelerated Stress Test (HAST)：

HAST 用於評估半導體封裝在濕氣環境下之可靠度，常見之故障同 TH(B)，但加速

較 TH(B)快。若故障機制相同，所須測試時間可大幅縮短。

對塑性材料、PCB 、PCBA 多孔性材料或成品等而言，各種不同材料對溫度與濕

氣有不同形態之物理反應，溫度所產生效應多為塑性變形或產品過溫(Over Heat)或

低溫啟動不良(Cold start)等等，多孔性材料在濕度環境下會應毛細孔效應

(Breathing Effect)而出現表面濕氣吸附，滲入、凝結等情形，在低濕環境中會因

靜電荷累積效應誘發產品出現失效。因此不同溫濕度條件將造成不同失效模式，在

過去歷史經驗中溫濕度試驗對發現大多數之製品/材料潛在缺陷(Potential Defects)

大有助益，特別在無鉛製程轉換後之 PCB or PCBA Dendrite Effect 驗證更具功效。

除了戶外型品必須執行結露試驗(Condensation test)外，通常對室內使用產品在

濕度試驗過程中應避免水氣凝結(Condensation)情形出現，因水氣凝結易造成產品線路

出現短路現象而造成失效。常見濕度效應包括物理強度的喪失、化學性能的改變、絕緣

材料性能的退化、電性短路、金屬材料氧化腐蝕、塑性的喪失、加速化學反應、電子元

件的退化等現象。

25

第四章基板製程簡介與比較

BGA(Ball Grid Array，球狀陣列封裝)技術係指以基板及錫球代替傳統 QFP 封裝

型態(以金屬導線架作為 IC 引腳)，而錫球採矩陣方式排列在封裝體底部的一種封裝方

式。由於 BGA 單位面積可容納之 I/O 數目更多，晶粒到電路板的路徑較短，且無 QFP

之平行排腳，其優點為電容電感引發雜訊較少、散熱性及電性較好、可接腳數增加，且

可提高良率，故 1995 年 Intel 採用之後，逐漸開始普及。目前主要應用於接腳數超過

300 PIN 之 IC 產品，如 CPU、晶片組、繪圖晶片及 Flash、SRAM 等。若依載板之材質不

同，可分為 PBGA(Plastic BGA)、CBGA(Ceramic BGA)、TBGA(Tape BGA)及 MBGA(Metal BGA)

等。其中 PBGA 為以 BT 樹脂及玻纖布複合而成，材料輕且便宜，玻璃轉移溫度高，可承

受封裝時打線接合及灌膠製程之高溫，為目前應用最廣泛之基板，國內業者多以 PBGA

為切入點。

隨著 IC 高 I/O 數目基板需求，基板製程【5】也由原電鍍線製程發展無電鍍線製程，

製程比較如下:

表 4-1 BGA 基板製程流程表

26

4.1 Normal 基板製造流程

圖 4-1 基板 Normal Process 製作流程

發料烘烤:消除基板應力，防止板彎､板翹,安定尺寸，減少板材漲縮

蝕薄銅:減少面銅厚度 , 以利細線路蝕刻

鑽孔:作為上下面導通之通路,其他製程所需之對位孔、定位孔、Tooling 孔

De-burr:去除鑽孔造成的 burr，使銅面平整

鍍銅:在孔壁上鍍上一層銅，作為各層線路間的導通路徑

塞孔:將孔填滿避免空氣殘留以防止過高溫錫爐時產生爆米花效應

線路形成:形成線路

AOI 自動光學檢測:檢驗蝕刻後線路是否有短路(short)、斷路(open)、

線路缺口(nick)、線路突出(protrusion)及孔是否切破

綠漆:防止波焊時造成的短路,

防止濕氣及各種電解質的侵害使線路氧化而危害

電氣性質，並防止外來的機械傷害以維持板面良好的絕緣。

絕緣：由於板子愈來愈薄,線寬距愈來愈細,故導體間的絕緣問題日形突顯,

也增加防焊漆絕緣性質的重要性.

鍍 Ni/Au: 選擇金是因為它優越的導電度及抗氧化性, 鍍鎳在此是作為金層與

27

銅層之間的屏障，防止銅 migration

成型:板子符合客戶所要求的規格尺寸

O/S 電性測試:及早發現線路功能缺陷的板子，除了可 rework，並可分析探討，

做為製程管理改善，而最終就是提高良率降低成本。

終檢: 最後的品質檢驗，檢驗內容可分電性測試、尺寸、外觀、信賴性

壓合: 將銅箔(Copper Foil), 膠片(Prepreg) 與氧化處理(Oxidation) 後的內

層線路板,壓合成多層基板.

圖 4-2 基板 Normal Process 製程圖示

28

4.2 Etching Back 基板製造流程

圖 4-3 基板 Etching Back Process 製作流程

圖 4-4 基板 Etching Back Process 製程圖示

29

4.3 GPP + DI(Gold Plating Pattern + double Image) 基板製造流程

圖 4-5 基板 Double Image Process 製作流程

圖 4-6 基板 Double Image Process 製程圖示

30

4.4 SG(Selective Gold) 基板製造流程

圖 4-7 基板 Selective Gold Process 製作流程

圖 4-8 基板 Selective Gold Process 製程圖示

31

表 4-2 BGA 基板製程差異比較表

表 4-3 BGA 基板製程優劣比較表

32

第五章基板鍍金區與銅表面對綠漆黏著力比分析

基板鍍金區與未鍍金之銅層，同為金屬無法與 compound or 綠漆反應產生化學鍵結。

在本專題研究失敗分析中將涉及綠漆與銅/綠漆與金黏著力問題，故以布丁模對綠漆與

銅/綠漆與金黏著力驗證與分析。

5.1 黏著強度的量測規範:

黏著強度的量測規範分別為 ASTM-standard 、SEMI-standard 與 ASME-standard。

【18】此規範標準都是都是針對黏著物質 Epoxy 與金屬間 Coating 的量測規範。對於

IC 封裝製程 EMC 塑膠材料與其他異質材料如模具表面、基板（Substrate）以及導線架

（Lead frame）之間 Shear Strength 的量測原理，主要是參考 SEMI-standard

(Semiconductor Standard)G69-0996 的量測規範[6]。

在 SEMI-G69-0996 中，訂定了封裝材料 CPD 與 Lead frames 之間的 Adhesion

Strength 量測規範，分別有 Shear Method、Pull Method 以及 Three-Point Bending

Method 三種，每一種都有標準的試片尺寸、模具尺寸以及量測的方式，如附圖 5-1 所

示。此規範標準都是都是針對黏著物質 Epoxy 與金屬間 Coating 的量測規範。

ASTM 在黏著物質特性的量測上，有 D901-94(Standard Test Method for Apparent

Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension

Loading) [7]、D961-96(Standard Test Method for Cleavage Strength of

Metal-to-Metal Adhesive Bonds) [8]、D897-95a(Standard Test Method for Tensile

Properties of Adhesive Bonds) [9]、D1181-71(Standard Test Method for Strength

Properties of Metal-to-Metal Adhesives by Compression Loading) [10] 、

D3164-73(Standard Recommended Practice for Determining the Strength of

Adhesively Bonded Plastic Lap-Shear Sandwich Joint in Shear by Tension Loading)

[11]等量測規範。ASME MD-Vol.4 [12]中介紹七種有關 Epoxy 與 Coating 之間黏著強

度的量測方式，如圖 5-2 所示。

圖 5-1 SEMI-standard 中用來量測剪黏著強度的三種量測方式

33

圖 5-1 SEMI-standard 中用來量測剪黏著強度的三種量測方式

34

圖 5-2 黏著強度的七種量測方式(ASM- standard)

35

圖 5-2 黏著強度的七種量測方式(ASM- standard)

36

5.2 基板鍍金表面與銅表面粗糙度之比較:

圖 5-3 基板鍍金表面與銅表面粗糙度之量測

Cu Surface Roughness under SM Area is 685nm,

Cu Surface Roughness under Ni/Au Area is 479nm,

Ni/Au Surface Roughness of exposure Area is 306nm

Rougher Cu Surface roughness is for better adhesion w/ SM & Ni/Au plating,

Smoother surface of Ni/Au is for W/B better bond ability

5.3 Solder mask 對金和 Solder mask 對銅之 Compound 布丁模黏著力測試:

5.3.1 剪應力與布丁模:

剪應力是應力的一種，定義為單位面積上所承受的力，且力的方向與受力面的法線方向

正交。公式記為

即 i 不等於 j 的情況。其中，σ表示應力；ΔFj 表示在 j 方向的施力；ΔAi 表示在 i

方向的受力面積。

179nm 202nm

685 nm

479 nm

306 nm

37

5.3.2 布丁模具 & 模具設計圖

布丁模設計考量 CPD size 模具重量及 Sample size 需求

設計模具 Pudding size 3.0mm x 4.0mm x 1.3mm x 9 pcs / shot .

圖 5-4 布丁模具 & 模具設計圖

38

5.3.3 布丁模測試樣品製作:

MACHINE

KOTAKI

TOOLING

Pudding force tooling

PARAMETER

CLAMP FORCE : 60 ton

TRANSFER FORCE : 1.5 ton

CURE TIME : 19 s

MATERIAL

Package size : 9 * 9 mm

Package thickness : 0.3 mm

Molding size : Up – diameter 1mm ; Down – diameter 3 mm ; Height

4 mm

Basic plank : Ag , Au , Cu , Solder mask

圖 5-5 布丁模 molding 機台 KOTAKI 與推力量測機台

39

圖 5-6 布丁模推力量測與樣品示意圖

5.3.4 布丁模測試結果:

圖 5-7 綠漆與銅/綠漆與金布丁模測試樣品

Au-綠漆 EMC pudding force mean 2.04 kgf

Cu-綠漆 EMC pudding force mean 5.91 kgf

40

JMP analysis:

圖 5-8 綠漆與銅/綠漆與金布丁模測結果 JMP 分析圖

41

圖 5-8 綠漆與銅/綠漆與金布丁模測結果 JMP 分析圖

由 JMP 分析結果:

1. 綠漆和銅之黏著力與綠漆和金之黏著力有明顯差異

2.綠漆和銅之黏著力較比綠漆和金之黏著力為佳

5.4 綠漆與銅、綠漆與金黏著力結論

由銅、金表面粗糙度分析結果預期 Solder mask 對銅比 Solder mask 對金之黏著力要

好與布丁模量測結果一致。

42

第六章 LFBGA 17x17x0.7 760L 脫層異常現象 FA 分析

本人在新產品導入量產之驗證作業,使用已被驗證通過之標準化製程與材料，其中

有一 IC 產品於 Pre-con 測試，遭遇膠體與銲線區脫層缺點之品質問題，失敗分析 FA

分析如下。

6.1 產品資訊:

產品型式: 17x17x0.7mm LFBGA 760L

基板製程: Kinsus Selective Gold Process

晶圓製程: tsmc 90nm low k

晶粒尺寸: 7856x895x115um

銀膠: Ablestik 2025D

金線: 23um 4N gold wire

膠餅: Kyocera G1150LKDS

助銲劑: Alpha metal WS9160

錫球: Senju 98.5SN/1.0AG/0.5CU_0.3MM

樣品數: 95ea

SAT 失敗比率: 100% (95/95ea)

6.2 JEDEC Precondition MSL3 回溫爐作業規範

圖 6-1 JEDEC IR re-flow lead free profile definition

43

表 6-1 JEDEC 無鉛製程回溫爐各區段作業規範:

6.3 Precondition MSL3 前後 SAT 結果

Before Precondition MSL3:No found SAT Abnormal (0/95)

圖 6-2 TFBGA 760L Pre-condition MSL3 前之 SAT 圖

44

After Precondition MSL3: 90% SAT fail (95/95ea)

相同位置 SAT 異常

6-3 TFBGA 760L Pre-condition MSL3 後之 SAT 圖

6.4 Cross-section(Cross section) 分析

6.4.1 SAT 異常位置與基板相對位置:發現 SAT 異常位置和基板 GND 環路有關

圖 6-4 TFBGA 760L SAT 異常位置與基板相對位置

每一顆產品

SAT 掃描異常

位置相同

45

6.4.2 Cross-section (X-section)分析:

Sample#1 Cross section 和 SEM 位置: 發現脫層位置在 solder mask 和金之間

圖 6-5.1 Failure Sample#1 Cross section 位置

圖 6-5.2 Failure Sample#1 Cross-section 位置和 SEM 圖:

綠漆與金脫層

46

Sample#2 Cross-section 和 SEM 位置:發現脫層位置在 Compound 和金之間

圖 6-6.1 Failure Sample#2 Cross-section 位置:

圖 6-6.2 Failure Sample#1 Cross-section 位置和 SEM 圖:

Cross-section Sample#2, 發現脫層位置在 compound 和金之間

compound 與金脫

層

47

Sample#3 Cross-section 和 SEM 位置: 發現脫層位置在 solder mask 和金之間

圖 6-7.1 Failure Sample#3 Cross section 位置和 SEM 圖

圖 6-7.2 Failure Sample#3 位置 1放大圖: Solder mask 和 Au 脫層

圖 6-7.3 Failure Sample#3 位置 2 放大圖: compound 和 Au 脫層

綠漆與金脫層

compound 與金

脫層

48

圖 6-7.4 Failure Sample#3 位置 3放大圖:

Solder mask 和 Au 脫層 /compound 和 Au 無脫層

6.5 失敗分析 FA 分析推論:

1. SAT 異常位置和基板 GND 環路有關。

1. 脫層位置在 compound 和金、Solder mask 和金之間。

3. Solder mask 和金重疊是否為脫層主因?須再進一步驗證。

綠漆與金脫層

49

第七章無電鍍線化學鍍與濺鍍基板對產品脫層失敗模式分析

在 selective gold substrate (SG substrate)為主要脫層要因分析與實驗

下，發現 Nanya 與 Kinsus SG substrate 製程不一樣。其中運 Nanya 用濺鍍方式鍍金

(NanYa 專利)，Kinsus 使用一般化學鍍方式鍍金,所造成脫層失敗模式也不一樣。

7.1 Nanya 與 Kinsus SG substrate profile 比較：

以下為對 SG substrate 化學鍍與濺鍍比較：

化學鍍製程:先化學鍍金再塗佈綠漆

濺鍍製程:先塗佈綠漆再濺鍍金

圖 7-1 Nanya 與 Kinsus SG substrate profile 比較

7.2 基板與膠餅脫層再現性實驗 DOEⅠ：

目的:確認基板與膠餅脫層主要因素。

主要因素: substrate drawing>>>驗證基板設計是否為主要因數.

substrate vendor>>>驗證基板製造商是否為主要因數.

Compound>>>驗證膠餅類別是否為主要因數

plasma>>>驗證電漿清洗方式是否為主要因數

7.2.1 膠餅 Compound data sheet 比較:

CPD type HC90-XJAA-M G770J G7601 9750ZHF9FAKL G1150LKDS

Material type Lead free Green Lead free Green Green

Filler Size (um)AVG / Max. / 75 9~15 / 75 17 / 75 75 9/55

Spiral flow(cm) 140 135 145 140 136 Gel time(sec) 36 36 38 50 38

Viscosity(poise) 90 90 60 19 90

Tg (｀C) 140 130 185 135 130 CTE Alpha-1 (ppm/＇C) 8 8 11 7 8.0 CTE Alpha-2 (ppm/＇C) 33 40 38 31 34.0

Mold shrinkage (%) 0.1 N/A 0.11 0.1 0.09

Poisson's Ratio 0.3 NA NA 0.16

Water Absorption (PCT) % 0.35 0.35 0.3 0.34

Mold Shrinkage 0.13 0.1 0.15 0.09

50

7.2.2 DOEⅠ Matrix:

表 7-2 基板脫層再現性實驗 DOEⅠ實驗組別

7.2.3 DOEⅠAssembly Process flow:

圖 7-2 DOEⅠ封裝流程

51

7.3 基板與膠餅脫層再現性 DOEⅠ實驗結果：

表 7-3 基板脫層再現性實驗 DOEⅠ實驗結果

Pre-condition MSL3 前、後 SAT 比較圖、位置圖與 Cross section SEM 圖如下頁說明。

DOEⅠ實驗結論:

1. Kinsus 基板綠漆與鍍金區重疊與鍍金區過大為造成產品脫層主要原因.

2. Nanya 濺鍍製程基板無綠漆與鍍金區重疊現象，但鍍金區過大也會造成產品

pre-condition MSL3 測試後 compound 與金脫層。

52

7.4 基板與膠餅脫層再現性 DOEⅠSAT and FA：

DOEⅠ MSL3 前、後 SAT 圖比較:

圖 7-3 DOEⅠCell#1~Cell#3 MSL3 前、後 SAT 圖

53


54


55


56

Kinsus Substrate# A10524 Drawing and SAT picture comparison:

圖 7-7 DOEⅠCell#1 Drawing and SAT 位置比較圖 and SEM 圖

失敗分析結果 :

1. 顯微鏡檢視，發現綠漆和鍍金區部分重疊.

2. 脫層位置在 compound 與 Au /綠漆與 Au 介面.

57

Kinsus Substrate# A08583 Drawing and SAT picture comparison:



1. 顯微鏡檢視，發現綠漆和鍍金區部分重疊.

2. 脫層位置在綠漆與 Au 介面.

58

Nanya Substrate# A08748 Drawing and SAT picture comparison:



1. 顯微鏡檢視，發現綠漆和鍍金區無重疊情形.

2. 脫層位置在 compound 與 Au /綠漆與 Au 介面.

3. 脫層區域鍍金面積比其他區域大.

59

第八章基板無電鍍線濺鍍鍍金區大小對產品脫層失敗模式

分析與驗證

在排除綠漆與鍍金區重疊因素對產品脫層之影響，針對基板鍍金區大小對餅脫層

影響，以訂定基板設計規範

8.1 基板鍍金大小對餅脫層影響實驗 DOEⅡ：

目的:確認基板鍍金區大小對餅脫層影響，以訂定基板設計規範

主要因素: 基板鍍金區大小

表 8-1 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡ實驗組別

8.2 DOEⅡAssembly Process flow:

圖 8-1 DOEⅡ封裝流程

60

8.3 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡ實驗結果：

表 8-2 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡ實驗結果

A11309 銅層空曠區增加網眼設計(如圖 8-4)

DOEⅡ實驗結論:

1. 使用 Nanya 濺鍍製程基板無綠漆與鍍金區重疊現象，可減輕 MSL3 測試後 compound

與金脫層程度，但鍍金區過大(大於 300x300um)也會造成產品 pre-condition MSL3

測試後 compound 與金脫層缺點。

2. 使用 Nanya 濺鍍製程並增加銅箔網眼設計基板,鍍金區 600x225um 可 Pass

Pre-condition MSL3 測試。

3. 由上述實驗結果，可大膽推論鍍金區寬度因素較長度因素影響脫層更為顯著。

4. 銅箔增加網眼設計，可有效減少銅箔應力變化，進而防止 compound 與鍍金層之脫層。

8.4 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡSAT and FA：

圖 8-2 基板鍍金大小對餅脫層影響 DOEⅡSAT and FA

61


62


63


64

8.5 基板鍍金大小對餅脫層面積 SAT 分析：

SAT fail area %

5.17 4.96

2.471.63 1.69 1.49 1.05

0.41 001234567

Kin

sus F

ullx

300

Kin

sus 60

0x30

0

Kin

sus 45

0x30

0

Kin

sus 30

0x30

0

Nany

a Fullx3

00

Nany

a 600

x300

Nany

a 450

x300

Nany

a 300

x300

Nany

a Mesh

圖 8-3 不同 layout 基板 SAT 失敗面積大小比較

由實驗結果，得知 Nanya 濺鍍基板可改善 SAT 失敗區域面積。鍍金區域面積越小，

SAT 失敗區域面積越小。然而 A11482 鍍金面積大小為 300x300um, MSL3A 測試後仍有脫

層疑慮。而基板 A11309 鍍金面積大小為 600x225um,卻可通過 MSL3A 測試而無脫層缺

點。比較兩組基板差異點為：

1.A11309 寬度 225um 較 A11482 300um 為小。

2.A11309 銅層空曠區增加網眼設計(如圖 8-4)。

銅箔網眼設計，目的在使綠漆於液態下可直接濕潤基板底材 BT，綠漆固化後可增

加機械扣鎖與與材料糾纏能力以達防止金屬區域與綠漆黏著力不佳容易於大銅面因應

力變化發生脫層缺點。透過銅箔網眼設計，也可以減少大金屬面因熱應力影響所產生翹

區形變。

故可大膽推論鍍金區寬度因素較長度因素影響脫層更顯著。銅箔增加網眼設計

，有效減少銅箔應力變化，進而防止 compound 與鍍金層之脫層。

65

圖 8-4 基板 A11482 與 A11309 第一層銅箔層比較

1. A11428 Au size 300x330um A11309 Au size 600x225um

2. A11309 銅層空曠區增加網眼設計

66

第九章結論與未來討論

9.1 結論：

由上述實驗分析與驗證結果，可得以下結論：

1.綠漆與膠餅均為高分子材料，不會與金或銅等金屬材料發生化學鍵結，主要黏著力由

金屬表面粗糙度產生機械扣鎖。其中銅之表面粗糙度較金大，故綠漆與銅之黏著力較綠

漆與今黏著力大。若要改善交餅與金之黏著力，可考慮由基板製程中增加金錶面粗糙度

加以改善，但須注意增加金粗糙度可能會影相打線機之銲線能力。

2.綠漆與金重疊為基板無電鍍線製程特性，為造成產品脫層主因之一。要改善產品脫層

缺點須先改善基板製作特性，避開綠漆與金重疊之製造缺點。

3.基板銲線露金面積大小也是影響膠餅與金脫層主因之一，適當的露金區域限制與增加

金屬網眼設計可改善膠餅與金脫層缺點。

9.2 未來討論：

製程技術與材料技術，日新月異。此研究主題，在假設不更改標準製程與材料前

提下，依據產品脫層缺點模式，究解決脫層缺點之製程方法。若未來研發黏著力更佳膠

餅或新基板製程，亦不失為解決脫層之法。

67

參考文獻:

【1】柯煇耀，可靠度保證-工程與管理技術之應用，中華民國品質學會，台北（1997）。

【2】聯合電子設備電子工程委員會(JEDEC)，JESD11-A113

【3】日月光 BGA 封裝製程，SPEC#64-31-0000-0717 FBGA STANDARD CONTROL PLAN

【4】Young, T. (1805), "An Essay on the Cohesion of Fluids",

Phil. Trans. R. Soc. Lond. 95: 65–87,

【5】日月光 BGA 基板製程，SPEC#54-31-0000-0041 BGA PROCESS CONTROL PLAN

【6】Test Method for Measurement of Adhesive Strength Between Leadframes

and Molding Compounds,＂ STD. SEMI G69-0996, (1996).

【7】Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint

Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading, STD. ASTM D901-94.

【8】Standard Test Method for Cleavage Strength of Metal-to-Metal Adhesive

Bonds, STD. ASTM D961-96.

【9】Standard Test Method for Tensile Properties of Adhesive Bonds, STD.

ASTM D897-95a.

【10】Standard Test Method for Strength Properties of Metal-to-Metal Adhesives

by Compression Loading (Disk Shear), STD. ASTM D1181-71.

【11】Standard Recommended Practice for Determining the Strength of Adhesively

Bonded Plastic Lap-Shear Sandwich Joint in Shear by Tension Loading, STD.

ASTM D3164-73.

【12】B. A. Chapman, H. D. DeFord, G. P. Wirtz and S. D. Brown, in: Technology

of Glass, Ceramic, or Glass-Ceramic to Metal Sealing, W. E. Moddeman,

C. W. Merten and D. P. Kramer, MD-Vol. 4, pp. 77-87. American Society of

Mechanical

【13】劉國雄等編著，工程材料科學，全華科技出版社，P.133-150(2006)

【14】李春穎等編譯，材料可學與工程，高立出版社，P.186-191(1998)

【15】詹春芳編譯，材料力學(上冊)，大行出版社，P.74-76(1985)

【16】羅文雄譯，半導體製造技術，滄海書局出版，P.119-121(2008)

【17】魏吉明著，聚醯亞胺樹脂/碳纖維複合材料製備與性質之研究，碩士論文

P35-39(2003)

【18】劉承政著，半導體封裝黏模力之影響因子探討，碩士論文 P10-17(2007)

Documents

BGA(球柵陣列)電子構裝中基板裸露金區對膠體脫層影響 之研究. … · 過之標準化製程與材料。，其中有一IC產品於Pre-con測試後，遭遇到膠體與銲線區

BGA(球柵陣列)電子構裝中基板裸露金區對膠體脫層影響之研究. … · 過之標準化製程與材料。，其中有一IC產品於Pre-con測試後，遭遇到膠體與銲線區