C04 芯片封装设计成功应用案例

一、前言

目前小型记忆卡除了应用于数字相机的庞大市场之外，预料手机市场将是小型记忆卡下一波角力的重点市场。

由于照相手机、MP3、数字相机、PDA、甚至3G手机的兴起，如图一所示，在手机结合多媒体功能的趋势之下，对于记忆卡及其记忆容量的需求也就愈来愈大。根据市调机构iSuppli的报告指出，手机用小型记忆卡出货量将从2004年的3,900万片，成长到2009年超过6亿片的规模，年复合成长率超过70％ [1]。

由于小型记忆卡的规格演进快速，目前主要规格除了包括CF、MS、MMC、SD、RS-MMC、miniSD、MS Pro Duo之外，新兴的MMCmicro、microSD（TransFlash）记忆卡，更将记忆卡的规格带向更轻薄短小的境界，记忆卡制造商将面临记忆容量愈来愈高、但卡体愈来愈小的严苛挑战。诸多业者不讳言地指出，未来当microSD、MMCmicro成为记忆卡的市场主流时，预料生产技术的瓶颈将迫使不少记忆卡业者退出生产行列。

一般SD及MMC型记忆卡的Flash大都采TSOP或WSOP封装方式，再SMT至基板并组装于卡体内。然而当记忆卡发展至miniSD、RS-MMC，甚至是microSD、MMCmicro等「超小型（Ultra Small）记忆卡」时，为了符合日益缩小的卡体空间，就必须将Flash芯片直接黏合（Bonding）至基板，即所谓的COB（Chip On Board），并以半导体封装的压模（molding）制程完成卡体。

由于此一半导体封装等级的SIP（System In Package）或PIP（Product In Package）制程，具有节省空间及可堆栈等优异特性，预料将成为小型记忆卡的主流制程。然而这种制程技术趋势的演进，对于没有半导体封装经验的记忆卡制造厂来说，将会是一大考验。

在诸多业者竞相投入发展小型记忆卡，市场竞争情况日益激烈。产品的开发周期也随之缩短，再加上封装上所面临的挑战也随之增加，如何能增加产能，减少半模实验的次数，并提高产品良率。是许多台湾的记忆卡制造业者，所迫切关注的话题，而CAE模流分析技术便是业者用来解决问题的工具之一。

二、CAE模流分析技术于IC封装案例

本案为MicroSD卡封装案例，案例相关信息，如图二所示，此产品在生产时会有包封的情形产生，包封的位置在芯片的上方，于是应用Moldex3D IC Package 进行分析，首先需输入正确的参数，如材料、加工条件、正确的网格模型，如图三、四所示，确定输入的参数后进行分析，经由原始设计流动波前分析结果得知在波前在 55%、77%、98%等位置上都有包封的情形，主要包封的位置也都在芯片的上方，如图五、六、七所示。深入探讨主要成型会有包封的原因，由图八厚度分布所示，芯片厚度为0.49mm，整体厚度为0.55mm，再芯片上方厚度只剩下 0.06mm，胶体在流动至芯片上方产生严重的迟滞现象，经由讨论后，决定改变将芯片做磨薄的设计，但磨薄到多少尺寸，再以往就必须实际做实验才能得知结果，使用Moldex3D IC Package 进行设计变更，只需将模型中的芯片尺寸做修改即可重新分析。

将芯片的厚度由原始设计0.49mm改成设计变更一0.45mm重新进行分析，经由计算机重新运算后，由流动波前55%、77%、99%，如图九、十、十一，得知减少芯片厚度确实在芯片上方迟滞的效应有减少，但是仍然会在芯片上方产生包封，于是在将芯片的尺寸在做修改，芯片厚度由设计变更一0.45mm改成 设计变更二0.385mm，重新进行分析后，由流动波前上可以观察在芯片上方虽有迟滞的现象，但是却无包封的情形产生，如图十二、十三、十四所示，经过两次设计变更就能将 Micro SD Card上的包封问题得以解决，大幅缩短现场进行实验的时间，减少实验所需浪费的材料成本与人事费用，使产品可以快速进行量产阶段。

三、结语

IC封装技术已广泛地应用于许多高科技产品，随着记忆卡用途之广，越来越轻薄短小、储存容量增加以及可靠度提高，而使用Moldex3D IC Package 不仅可以有效模拟IC封装制程中，融胶流动会因材料特性、温度、几何尺寸等因素，进而产生的成品缺陷。经过计算机试模的结果找出 Micro SD Card 缺陷的成因，主要问题因素为原始设计芯片厚度0.49mm所造成，并提出改善方案为减少芯片厚度，由原始芯片厚度0.49mm，改成设计变更一 0.45mm以及设计变更二0.385mm，将厚度参数修正后再进行分析，，设计变更一仍然会有包封的情形产生，当当芯片厚度磨薄到0.385mm时产品将不再有包封的情形产生，利用CAE模流分析技术找出最佳的芯片厚度，解决产品原始包封的问题，以增加产能，提高质量。并可经由分析模拟与实验结果，归纳出同类产品设计之注意事项，以供日后同类产品设计研发参考依据。

四、参考文献

1. DIGITIMES技术IT，//tech.digitimes.com.tw/ShowNews.aspx?zCatId=518 

2. 微电子系统封装基础理论与应用技术，作者：江国宁，出版：沧海书局。

3. IC 封装制程与CAE应用，作者：钟文仁，出版社：全华。