B03 IC封装制程中导线架偏移现象分析与预测

ㄧ、前言

在IC封装制程中，有许多产品缺陷例如:导线架偏移(paddle shift)、金线偏移(wire sweep)、产品外观翘曲(warpage)、芯片断裂(die crack)…等等，在过去的研究文献中，对产品外观的翘曲行为描述居多，而对导线架偏移与金线偏移的研究较少。由于半导体晶圆制程技术发展迅速，使得芯片变得细薄微小，而IC封装技术亦随之蓬勃发展，故使得IC封装成品更加轻薄短小，因此这些制程缺陷一一浮现，等，进而使得封装成品不良率提升。目前常用的解决方式为试误法(trial-and-error)用以寻找出发生制程缺陷的因素，并藉此寻求适当的制程条件，然而这种试验方式并不符合经济效益，并会使得整体产品开发时程变长，因此利用计算机辅助工程分析(Computer-aided analysis, CAE)技术以模拟预测制程缺陷将显得格外有效。

导线架(leadframe)在许多封装成品中经常遇见，如TSOP(thin small outline package)、TQFP(thin quad flat package)、LQFP(low quad flat package)…等等，这类产品内部均有一层薄薄的导线架层，厚度约0.127mm，然而在封胶阶段，受到环氧树脂(Epoxy molding compound, EMC)流动的影响，导线架有如金线会产生偏移现象(paddle shift phenomenon)，这将造成连接芯片与导线架脚间的金线断裂或导线架脚互相碰撞产生短路，故此问题不可忽略。

导线架偏移大致可区分为两种类型加以讨论：第一类型乃是由于放置芯片(die)的芯片座因上下模EMC流动不平衡所造成的导线架偏移；第二类型乃是由于导线架脚受到EMC流动时的拖曳力(drag force)影响，使得导线架脚偏移。本文将针对第二类型导线架偏移现象加以探讨，并以实际成品做验证。

二、理论分析

2.1 模流分析理论 

所有控制方程式如下

 （1）

 （2）

 （3）

其中 为塑料密度、 为流体速度、 为流体张量、 为重力加速度、 为树脂比热、 为流体黏性、 为流体剪切率、 为树脂固化反应之反应速率、 为树脂固化反应之反应热。

2.2 EMC黏度方程式

基于使用模流分析软件的理论模式，为求便利，故采用了Castro-Macosko黏度模型，其方程式如下所示：

 （4）

其中 为曲线拟合常数，  为EMC转化率。

2.3 固化反应动力方程式 

由过去的文献探讨中，得知最适宜用以描述环氧树脂固化反应动力的数学模型为Kamal model，其方程式如下所示：

 （5.1a）

其中 、  为固化反应速率常数，遵守Arrhenius关系式，如下所示。

 （5.1b）

三、实际分析案例简介

本文所选择的实际案例为南茂科技所提供的TSOP-I 48L，其产品长度为18.4mm，宽度为12mm，厚度为1mm，如图1和图2，剖面结构信息如图3所示。封装体内部组成材料性质如图4。分析所使用的材料为Hitachi Chemical所生产的CEL-1702，其黏度曲线与反应动力曲线如图5和图6，制程参数则如图7所示。