真空環境下聚醯亞胺材料之放氣行為及其對先進半導體封裝可靠度之影響

Outgassing Behavior of Polyimide under Vacuum Conditions and Its Impact on Advanced Semiconductor Packaging Reliability

隨著先進半導體封裝技術於高真空與高溫製程條件下之發展，有機材料之氣體釋放（outgassing）行為已成為影響製程穩定性與產品可靠度之關鍵因素。本研究針對廣泛應用於重佈線層（RDL）與先進封裝結構之聚醯亞胺（Polyimide，PI）材料，利用熱脫附光譜（TDS）與殘餘氣體分析（RGA）進行系統性分析。
實驗結果顯示，PI材料呈現明顯之多階段放氣行為，主要放氣峰分別出現在約150°C與250°C。低溫區主要對應於吸附水氣與低分子物之脫附，而高溫區則與殘留溶劑分解與聚合物結構重排相關。RGA分析進一步證實主要氣體成分包含H₂O、CO、CO₂及碳氫化合物（CxHy），其中水氣為主要貢獻來源。
本研究建立結合表面脫附與擴散控制之放氣動力學模型，並進一步導入真空系統耦合分析，說明放氣速率與抽氣能力之間的關係。結果顯示，放氣初期由熱活化脫附主導，而高溫階段則受內部擴散機制控制。
從製程應用角度來看，放氣氣體可能導致界面污染、鍍膜附著力下降以及缺陷生成（如void與delamination），特別是在高密度封裝結構（如HBM與Fan-Out）中影響更為顯著。本研究亦顯示，透過UV處理與真空退火可有效降低放氣率（最高約76%），顯著提升製程穩定性。
本研究建立材料特性、放氣機制與製程可靠度之間之關聯，提供先進封裝製程優化與材料選擇之重要依據。