第二章 半導體封裝介紹
2.4 沖線偏移量的定義
在定義金線的偏移量除了以其偏移量來描述之外，因其偏移量通常都很 小，而且每條金線的長度也都不相同，難以用來判定其偏移量的優劣。所以通常 在描述金線偏移量會用其最大偏移量與金線的長度的百分比來當作金線偏移量 的大小。如圖2.8、2.9所示：
wire sweep (%) =δ
100%
圖 2.8 沖線偏移示意圖
圖 2.9 沖線值量測 2.5 堆疊式封裝設計原理介紹
堆疊式封裝元件(POP)設計相當複雜，必須滿足與各種系統和設備相關的設 計折衷要求，最終要在產品成本、尺寸、性能和上市時間要求方面取得最佳平衡 點。由於堆疊式封裝元件可充分利用適合組合記憶體件的現有設計與裝配基礎架 構，因此隨著行動多媒體產品的普及以及它們對更高數位訊號處理、具有更高儲 存容量和靈活性的新型儲存架構的迫切需求，堆疊式封裝元件應用正快速成長。
在整合複雜邏輯和記憶體方面，堆疊式封裝元件是一種成本最低的 3D 封裝 解決方案。系統設計師可以利用堆疊式封裝元件開發新的元件外形、整合更多的 半導體，並通過由堆疊帶來的封裝體積優勢保持甚至減少母板的尺寸。
堆疊式封裝元件封裝的主要作用是在底層(基礎)封裝中整合高密度的數位 或混合訊號邏輯元件，在頂層(堆疊的)封裝中整合高密度或組合記憶體。因此通 常會看到在如圖 2.10 所示的頂層封裝中使用晶片堆疊技術。
圖 2.10 封裝疊層(POP)橫截面。
既然具有成本效益、微型化的邏輯+記憶體整合是採納堆疊式封裝元件的推 動力，那麼理解影響尺寸和安裝高度的設計規則就是設計流程中關鍵的第一步。
對於新的基頻元件或應用處理器來說，目前的堆疊式封裝元件應用代表了技術領 先或高性能的行動多媒體產品。針對傳統線打線裝配技術而設計元件採用的是標 準精細間距 BGA(FBGA，Fine-Pitch Ball Grid Array)或堆疊芯片尺寸封裝(SCSP，
Stacked Chip Scale Package)封裝，因此需要採用在線打線底層封裝上可堆疊甚薄 FBGA 的技術來擴大與堆疊式封裝元件用相關的記憶體架構範圍。以橫跨方式安
裝的 BGA 封裝堆疊構造可降低整體堆疊高度，並能充分利用現有的裝配技術和 新興的表面黏著技術(SMT，Surface-mount technology
)
堆疊技術。在行動電話中使用的第一個堆疊式封裝元件是在代工廠商、邏輯和記憶體供
堆疊設計需要考慮的主要方面有：
1.模具高度，如圖 2.11 所示，A:晶片厚度、B:低弧弧高、C:基板厚度 D:高弧弧 高，為底層封裝模具高度需要考慮的關鍵尺寸。
圖 2.11 封裝的橫截面圖示。
2.互連焊球尺寸和間距，如圖 2.12。
圖 2.12 封裝互連橫截面圖
3.相關的頂層和底層焊盤尺寸
尺寸變化組合。絕緣高度 f1 的目標值將影響堆疊良率，並取決於頂層和底層封 裝的扭曲度以及終端裝配公司的堆疊能力。圖 2.13 所示的堆疊式封裝元件尺寸 參數提供了現有堆疊式封裝元件設計以及相關設計準則的範圍並顯示了表 1 中 的一些重要尺寸。
圖 2.13 橫截面圖(上)和頂視圖(下)。
表 1JEDEC JC-11 對 PoP 設計和機械結構的標準化
這些堆疊式封裝元件標準可以幫助規劃產品發展道路，因而促進它在那些需 類似可堆疊甚薄精細間距 BGA(PSvfBGA，Package stackable very thin fine pitch BGA)的高層 I/O 和佈線密度。因此作為底層元件的 PSetCSP 一般侷限於記憶體
如果考慮針對 FBGA 或堆疊晶片(即 SCSP)最佳化的邏輯晶片，然後再考慮使之
Joint Electron Device Engineering Council)批准的堆疊式封裝元件記憶體接腳輸出
格式。
在討論電氣最佳化時我們意識到，PSvfBGA 封裝的佈線長度傾向於比相關的 SCSP 或 FBGA 設計更短，比封裝中封裝(PIP)設計更短得多。線長對電氣性能的 影響很大。佈線長度引起的阻抗增加要比底板走線長引起的阻抗增加大得多，見 圖 2.15。設計目標不是要否定更長底板走線長度和更短 PSvfBGA 線長帶來的好 處，這個問題可能通過今後專門為堆疊式封裝元件應用設計邏輯元件來得到解決。
相較 SCSP 更強的電氣優勢以及熱性能和邏輯優勢使得堆疊式封裝元件成為邏輯 +記憶體整合領域中非常有吸引力的技術平台。
在滿足底板成本和製造良率方面需要注意的是，沒有針對堆疊式封裝元件做 過最佳化的晶片版圖和封裝輸出接腳將導致更昂貴技術，如具有緊密過孔和擷取 焊盤直徑的精細走線/空間間距。從圖 2.14 還可以看到，在非最佳化情況下在晶 片邊緣下面可能直接佈置眾多又長又窄的走線。製造良率、走線裂痕控制和底板 成本控制以及訊號完整性設計都是這些情況下要考慮的因素。
圖 2.15 作為線長和線徑函數的黃金線
第三章膠體封裝模流分析
3.1 模流分析原理
在Moldex 3D中的反應注膠成型（Reactive Molding）模組中，系統的統御方 程式（Governing Equation）如下：
3.1.1 連續方程式（Continuity Equation）
若將融膠視為可壓縮性的流體時，其連續方程式可寫為：
其中ρ為密度，u 為x 方向的速度分量，v 為y 方向的速度分量，w 為z 方 向的速度分量。
3.1.2 動量方程式（Momentum Equation）
忽略流體的慣性項及流體在模穴厚度方向所造成的效應，在z 軸方向的動量
3.1.3 能量方程式（Energy Equation）
假設模穴的厚度遠小於模穴的寬度，並考慮剪切力及硬化反應時所引起的熱 能，能量方程式則表示為：
其中
P C ：比容（heat capacity）
K ：熱傳導係數（thermal conductivity）
γ&：剪切率（shear rate）
∆H ：反應熱（reaction heat）
T ：溫度（temperature）
3.1.4 硬化反應方程式（Kinetics Equation）
環氧樹脂是一種反應性物質，因此其硬化反應機構決定其硬化反應速率，進 而影響其硬化程度。在熱固性樹脂在充填的過程中會因為化學反應而產生硬化作 用，因此其轉化率會影響環氧樹脂在充填過程中因為材料的硬化而影響加工特 性，以及在充填過程完後的硬化時間。其硬化反應如下所示：
其中
上式中α為硬化度（resin conversion），m，n，A1，A2，K1，K2，皆為曲線擬 合常數。
3.1.5 黏滯方程式（Viscosity Equation）
黏度是高分子加工中相當重要的材料性質，熱固性樹脂的黏度不只要考慮溫 度、壓力、剪切率之外，還要考慮其硬化率，黏度的計算公式如下：
式中η0 = exp 其他參數意義如下：
η ：黏度（viscosity）
η0：零剪切率黏度（zero-shear-rate viscosity）
ϓ：剪切率（shear rate）
τ* ：臨界剪應力（critical shear stress）
T ：溫度（temperature）
Tb ：溫度靈敏度因子（temperature sensitivity factor）為曲線擬合常數 n ：冪次律指數（power-low index）
αg ：融膠停止流動之硬化度（conversion at gelation）
B ：指數擬合常數（exponential-fitted constant）
C1、C2 ：曲線擬合常數（fitted constant）
3.2模流分析的類型
在大部份的模流軟體所能分析之工作，有充填分析、冷卻分析、保壓分 析及收縮翹曲變形分析四種主要分析軟體。如圖3.1所示。
圖 3.1 模流分析工作 3.2.1 充填分析
在做充填分析時需要之條件，與分析得到之相關訊息，如圖3.2 所示。
圖 3.2 充填分析
充填過程分析：
(一) 流動距離
1. 不同的材料有相異的流動比（L/t），流動距離也會不同，流動比
（L/t）如表2 所示。
表 2 材料流動比
2. 任何膠料，在不同的料溫、模溫、壓注壓力、壓注速度、厚度、形狀之下，
都可能影響其流動距離。超過此極限，一定會有流動不良、短射、流痕的現象發 生。尺寸不足、收縮凹陷很難避免。
(二) 壓注壓力
1. 不同的膠料有不同的壓注壓力。在模穴的壓力稱為有效壓注壓力，如表3所 示。
表 3 材料有效壓力
2. 當膠料充滿模穴時，立即停止壓注的動作，不再加壓（保壓），成品冷卻固
圖 3.3 流動比
∴V1:V2= d2:d1
即使膠料通過較薄的t2 時，會產生加速的作用，如何防止加速產生的不良為關 鍵技術，如圖12 所示。
Q = VA
V1•Wt1= V2•Wt2
∴V1:V2=t2: t1
4. 膠料流動速（V）與成品厚度有直接的關係，因此由成品的形狀、長度、厚度 的變化，可以預測膠料的流動速度（V），流動距離及接合線可能發生的位置，
如圖13 所示。
5. 充分分析了解膠料的流動速度與成品形狀及厚度的關係，以及注膠口型式與 注膠口位置對流動速度的影響，在實際設定成形條件時有很大的幫助。並且也可 協助我們對已產生的不良點，在成形條件上做正確有效的改善。
6. 配合成品形狀、厚度變化及注膠口位置，作速度的多段調整。
7. 速度的大小、速度段數及速度大小切換點為影響製品表面精度的關鍵技術。
8. 速度的變化係在充填過程中完成，波前的等壓線在成形過程中並不會移動。
因此可以確認充填速度、流動速度直接影響製品表面品質。
3.2.2 冷卻分析
在做冷卻分析時需要之條件，與分析得到之相關訊息，如圖3.4所示。
圖 3.4 冷卻分析
一、冷卻過程分析：
(一) 膠料由熔融狀態進入模具內，一部份的熱量被模具帶走。膠料冷卻硬化後 再由模具內取出。充填過程的時間很短，為求膠料流動順暢，希望有較高的料溫、
模溫。充填完畢希望膠料能迅速冷卻硬化並從模具內取出。
(二) 整個作業中，應把模具視為一部熱交換機，而不能當做一部冷卻機。因此 必須做好模溫控制系統。
(三) 較高的模溫：
1.使冷卻時間延長，如果冷卻時間不足，會造成成品的收縮、凹陷或變形。
2.但較高的模溫，使成品緩慢冷卻而能得到較均勻及充分的收縮、減少成品的變 形。
(四) 較低的模溫：
1.冷卻時間縮短，成形週期也大幅縮短，產能提高，成本降低。
2.但因迅速冷卻，收縮時間較短，造成成品不完全的收縮，因此有較小的收縮率，
有較大的成品尺寸。
3.對結晶性樹脂，因模溫較低，冷卻速度快，阻礙收縮與結晶化的進行，將會因 環境的變化產生二次收縮與二次結晶。
(五) 模溫不平均：
1. 因成品收縮與結晶化的不平均，收縮率較大的部份有較高的密度，造成尺寸 的不均一及變形撓曲及較大的收縮量。
2. 溫度高的一側有較大的收縮量。
3.模溫不平均的原因及其解決對策為達到精密成形的關鍵技術。
3.模溫不平均的原因及其解決對策為達到精密成形的關鍵技術。