銅內導線晶片之金凸塊與銅銲墊熱音波接合製程研究

本研究計畫基於過去三年「銅導線晶片熱音波銲線製程研究」之結果
為基礎，將週邊式之熱音波銲金線技術(Thermosonic gold wire bonding)進一
步轉化為面積式封裝，除提高有效之封裝效率外，更可符合環境保護之無鉛
工業與從業人員之安全。第一年預計開發熱音波銲線製程在銅內導線晶片之
銅銲墊(Bond pads)進行金球凸塊陣列(Placing Au/Cu ball stud bumps array on
bond pads)技術，此技術與熱音波銲線(Wire bonding)最大不同在於植凸塊的
製程係於銲墊銲著球形銲點後，即將金線扯斷而成覆晶用之凸塊，後續再以
負荷或操音波能量對金凸塊進行整平處理(Leveling treatment)；第二年開發以
熱音波覆晶接合(Flip chip bonding)技術將已整平之凸塊陣列銲著在銅銲墊陣
列之陶瓷基板上，完成晶片上板(Chip on board, COB)之熱音波接合製程。
研究方法上可區分為實驗驗證與數值模擬兩大部份，實驗部分為製程
開發、物性測試與可靠度分析，其中製程開發含括凸塊熱音波接合技術與凸
塊覆晶接合技術之研究，而熱音波接合製程中需克服銅銲墊氧化，因銅金屬
在大氣環境進行熱音波製程常伴隨氧化膜問題，故需開發特殊製程用以防止
銅銲墊氧化；數值模擬部分則以ABAQUS 軟體建立凸塊之模型，配搭凸塊
材料之楊氏係數、浦松比與材料在熱音波接合製程溫度之應力應變(流變)曲
線建立本構方程式，設定金凸塊與銅銲墊覆晶接合時相關邊界條件，模擬金
凸塊覆晶結合時高度與徑向尺寸變化量，進一步分析應力與應變之分佈狀
況，並與實驗結果比較。
經由實驗開發凸塊式覆晶製程並搭配數值模擬分析，期許解決銅內導
線晶片之接合問題外，更可徹底瞭解銅銲墊與金凸塊覆晶接合機理及最佳條
件，並更提供無鉛覆晶接合製程之新技術。