矽晶片以熱音波能量直接覆晶接合於軟性基板銅電極之製程開發與機理研究(II)

隨消費性電子產業之蓬勃發展，電子產品之發展趨勢強調輕、薄、短、小與易攜帶等
功能，特別以攜帶式資訊系統產品之需求最為強烈，為滿足電子產品之發展趨勢與消費者
需求，以軟性基板取代傳統硬式基板之電子產品便因應而生，可預見軟性基板之封裝技
術，將成為消費性電子產品技術發展之主流。然而軟性基板之勁度(stiffness)較硬式基板為
低，軟板易吸收部分超音波功率，對熱音波接合技術形成嚴重挑戰。目前矽晶片與軟板之
接合技術，採用覆晶膠合(adhesive binding)製程居多，但此一製程須精準控制膠之固化溫
度與固化時間，顯見需控制之製程參數遠較熱音波直接接合為多，且熱音波接合製程已發
展多年，相關基礎設備(infrastructures)發展完善。本申請計畫為延續目前執行中三年計畫
之後續兩年研究，擬於軟板銅電極中加入硬化金屬層(hard metal layer)，用以提高軟板電
極剛性，期以熱音波能量將矽晶片直接覆晶接合於軟板銅電極，且無須添加高分子膠合
物。除開發新式接合製程外，該技術可沿用矽晶片與硬式基板覆晶接合製程之設備，提高
既有設備之使用範圍，並降低封裝業者重置新設備之成本。
由目前執行中研究計畫所得之實驗結果，顯示於軟板銅電極中預鍍鎳膜硬化層，可大
幅提昇金球與軟板銅電極熱音波銲線製程之接著率(bondability)與接合強度(bonding
strength)，該實驗結果已證實其接合機理為鎳硬化層有效提高軟板銅電極剛性，故超音波
功率於熱音波銲線製程中，傳遞至金球與軟板銅電極之接合介面，提高金球與軟板銅電極
之接合品質，此計畫之研究仍持續進行中，對製程技術開發與接合機理完整性之探討，深
具信心。此外，由此實驗結果，更加樂觀看待後續兩年之研究展望。後續兩年研究計畫之
探討重點，如下所述：
1. 軟板銅電極之鍍層結構擬採用第一年之研究成果，將具強化銅電極剛性之鎳膜硬化
層，加入軟板銅電極鍍層中，隨後以熱音波能量將矽晶片直接覆晶接合於軟板銅電極，
除優化熱音波覆晶接合製程之主要參數外，並建立熱音波覆晶接合製程之適銲參數組
合，輔以剝離試驗(peeling test )檢測矽晶片與軟板之接合強度，由破斷面之觀察結果，
分析破斷面之殘留金凸塊或軟板鍍膜層，用以評估剝離試驗之破壞模式(failure
mode)，期望成功開發以熱音波覆晶製程將矽晶片直接接合於軟板銅電極，並配合介面
之微觀分析，完整探討熱音波技術應用於矽晶片與軟板覆晶接合之機制。
2. 矽晶片與軟性基板接合完成後，分別施作高溫儲存(HTS test)、高壓蒸煮(PCT test)、高
溫/高濕(HT/HH test)與熱循環(TCT test)等可靠度測試，輔以剝離測試與接合介面之微觀
分析，驗證此一接合製程之可靠度。此外，由接合介面微結構觀察與材料分析結果之
佐證，提出此一製程於可靠度試驗之失效機理，並作為提升製程可靠度之參考依據。
結合實驗結果與相關理論分析，應可建立矽晶片與軟性基板以熱音波覆晶直接接合之
適銲參數組合，並驗證此一製程之可靠度，綜整材料分析結果與微結構觀察之佐證，建立
矽晶片以熱音波能量直接覆晶接著於軟性基板之接合機理，更期望該接合機理可運用於各
項軟性電子產品接合技術之開發。