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摘 要
本 文主要針對COG（Chip On Glass）製程中，對於熱壓合時晶片凸塊所受到的應力做分析與探討。由於凸塊的應力狀況與分佈會直接影響導電粒子的破裂情形，使得凸塊、導電粒子及玻璃 導電膜三者之間的電氣特性受到影響。本文使用Ansys有限元素軟體模擬製程中參數條件與凸塊應力分佈之間的關係，再進行參數條件的變更分析以及實驗樣本 的比較對照，以探討在不同參數條件下凸塊應力分佈狀況。
由研究結果顯示，改變熱壓合的壓著時間，對於凸塊應力值及應力分佈影響程度較小；而在改變壓著溫度時，則對凸塊的應力有一定程度的影響。對於晶片的翹曲，係受構裝元件材料的熱膨脹係數不匹配所導致，同樣在經由有限元素分析後，可以得到在不同的溫度條件下晶片的翹曲量。
關鍵詞：覆晶封裝、COG製程、有限元素分析、凸塊
1. 前 言
液 晶雖早在1888年就被發現，但是因為液晶在兩次大戰中對軍事用途的幫助不大，直到1968年，美國無線電公司（RCA）科學家G. H.Heilmeier根據液晶分子受到電壓影響而改變其分子的排列狀態，並且可以讓入射光線的極化產生改變的現象原理，利用液晶的動態散射效應 （dynamic scattering）製造了世界第一台使用液晶顯示的螢幕。美國企業雖然是液晶顯示器技術的原始推動者，並擁有眾多研究人才與技術專利，但長久以來一直 以國防需求為主要發展重點，並不很重視產品的大量生產技術。日本反而是最先把這項技術商品化的國家，1970年代日本的Sharp與Seiko兩家公司對 液晶顯示技術全面開發與應用，讓液晶顯示器能成功地融入現代的電子產品之中。
由於液晶顯示器是以液晶分子材料為基本要素，將這白濁的液晶分子夾在 經過配向處理的兩片玻璃板之間，即可組合成目前熱門而且與我們日常生活息息相關的液晶顯示器件。這個介於固態與液態之間的中間態分子，不但具有液體易受外 力作用而流動的特性，亦具有晶體特有的光學異方向性質，所以能夠利用外加電場來驅使液晶的排列狀態改變至其他指向造成光線穿透液晶層時的光學特性發生改 變，此即是利用外加的電場來產生光的調變現象，我們稱之為液晶的光電效應。利用此效應可製作出各式的液晶顯示器，如扭轉向列型液晶顯示器、超扭轉向列型液 晶顯示器、及薄膜電晶體液晶顯示器等。圖1為扭轉向列型液晶顯示器之工作原理；利用外加電壓來改變液晶分子排列狀態，進而達到亮暗對比的顯示效果。圖2則 為薄膜電晶體液晶顯示器的結構示意圖，在兩片玻璃基板間夾有一定排列方向的液晶分子層，利用間隙子控制液晶盒的均勻厚度[1]。
©2007 National Kaohsiung University of Applied Sciences, ISSN 1813-3851
楊文芳、黃世疇
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圖1 扭轉向列型液晶顯示器[1]
圖2 薄膜電晶體液晶顯示器[1]
隨 著數位家庭與行動生活概念的日益普及化，以及全球暖化議題彰顯之下，更輕薄短小、省電、畫素更多且畫質更佳、反應速度更快的液晶顯示器是未來的發展趨勢， 因而使得液晶顯示器在可攜帶式電子產品中，扮演著越來越重要的角色。為了讓液晶顯示器的畫質效果更佳，勢必在整體的畫素亦必須隨之增加，增加畫素則須提高 驅動晶片的接腳數（I/O），在不改變晶片的數目之下，則必須縮減凸塊之間的間距以容納更多的線路分佈，相對的在細腳距的情形下，凸塊的配置及尺寸勢必影 響到熱傳導與應力的分佈。
2. COG（Chip On Glass）
2.1 COG技術
COG接合技術是將長有金凸塊（Gold Bump）的驅動晶片其接合點，使用異方性導電膠（ACF）做為接合材料，在經過畫像系統的對位校準後，直接與LCD面板上的導電端子先經過預壓合，再經過加熱加壓的熱壓合製程，圖3為COG製程之完成品。
因 為COG製程是直接安裝驅動晶片，與零件的接合點較少，製品可靠度較高而且成本較低為其優點，由於無法在COG製程完成後，直接先對驅動IC做測試，而必 須做到後一製程後才能做點燈測試，增加重工的困難度。此外，為了將輸入訊號傳送到晶片晶片與LCD端子做連接，因而必須設置FPC（軟性基板）連接器，產 生了邊框變寬的缺點，因此在中小型模組使用的場合較多。
圖3 COG完成品
覆晶封裝在熱壓合製程中構裝元件之應力與變形分析 367
2.2 異方性導電膠
異 方性導電膠（Anisotropic Conductive Film, ACF）[2]的組成主要包含導電粒子及絕緣膠材兩部分，上下各有一層保護膜來保護主成分。使用時先將上膜撕去，將ACF膠附至Substrate的電極 上，再把另一層PET底膜也撕掉。在精準對位後將上方物件與下方板材壓合，經加熱及加壓一段時間後使絕緣膠材固化，最後形成垂直導通、橫向絕緣的穩定結 構，如圖4所示。
圖4 ACF使用及導通原理[2]
ACF 的絕緣膠材為高分子材料，主要可分為熱固性（Thermal-Setting）及熱塑性（Thermal-Plastic）樹脂兩大類。膠材中的導電粒子 扮演垂直導通的關鍵角色，導電粒子數目越多或導電粒子的體積越大，垂直方向的接觸電阻越小，導通效果也就越好。然而，過多或過大的導電粒子可能會在熱壓合 的過程中，在橫向的電極凸塊間彼此接觸連結，而造成橫向導通的短路，使得電氣功能不正常。隨著驅動晶片的腳距（Pitch）持續微縮，橫向腳位電極之凸塊 間距（Space）也越來越窄，於是增加了ACF在橫向絕緣的難度。
2.3 COG製程說明
COG製程主要可分為三個步驟：
(1) ACF貼附：將ACF貼附在驅動晶片搭載部位，經過熱壓著頭施以加熱及加壓後，再將ACF上層的保護膜撕除，將ACF黏著在ITO導電層（晶片搭載部），如圖5(a)所示。
(2) 晶片預壓：驅動晶片與ITO導電層兩者經由畫像系統對位校正後，施以預壓合將晶片搭載於ITO導電層，如圖5(b)所示。
(3) 晶片本壓：經由熱壓著頭對晶片進行最後的熱壓合動作完成COG製程，如圖5(c)所示。
圖 5(a) ACF貼附
圖 5(b) 晶片預壓
楊文芳、黃世疇
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圖 5(c) 晶片本壓
在 每個步驟中都包括有壓力、溫度、時間三個參數條件，其中在晶片本壓著過程，導電粒子的變形量與COG製品的電氣特性息息相關，以壓力而言，若壓力越大則導 電粒子的破裂程度也越大，這使得導電粒子與ITO導電層的接觸面積跟著變大，所以接續抵抗值則變低，但也不宜過低；反之壓力越小，粒子破裂程度及接觸面積 跟著變小，接續抵抗值則變高而造成導電不良[3、4]。另外，溫度與時間條件則與ACF膠材受熱後的流動特性，溫度的分佈及產生的熱應力有關。由此可知， 這些參數條件關係著COG製程品質的良窳，而這也是本文的研究重點與方向。
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