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三維晶片之內埋式中介層基板平坦化研究

近年來，隨著科技進步與創新，大眾要求也隨之提高，使電子封裝趨向輕薄、高效能、高密度分佈、多功能與高耐久度等方向發展，一般而言，半導體元件微小化可依靠微影技術，然而現今微影技術已接近並達到其物理極限，為解決微影技術之限制，封裝型式從平面發展演變成三維堆疊，形成今日之三維積體電路(3D integrated circuits, 3D-ICs)並成為現今主要趨勢。此外，三維積體電路由各類關鍵晶片模組組裝而成，在產品設計方面，除了針對其單一晶片組件之效能，亦須考量個元件之異質整合之整體效能的表現。 電子元件透過內埋式中介層載板(Embedded Interposer Carrier, EIC)連接基板與晶片之電訊號，而內埋式中介層於製造過程中，異質材料薄膜堆疊過程所引起之嚴重翹曲為待已解決之問題，於是本研究提出一環型框架獨特設計引入內埋式中介層載板進行組裝製造，並通過有限元素法與全因子設計法之結合，選出最低翹曲量之多層堆疊薄膜，鋼板環形框架與內埋式玻璃中介層載板組裝所產生之翹曲量經有限元素法模擬估算為169μm，分析結果顯示環型框架具有較高之彈性模數，可有效抑制內埋式中介層載板因製程產生之翹曲量。通過本研究之內埋式中介層載板平坦化研究，有望提升3D-ICs組裝可靠度。

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三維晶片封裝可靠度負載對於奈米元件效能影響之研究

1971年，Gorden Moore所提出的莫爾定律支配了半導體領域長達44年之久，然而近期，英特爾公司的執行長Brian Krzanich 對外宣佈產品的更新週期已延長至2年半，這意味著對眾多半導體企業而言，莫爾定律中提出的兩年內積體電路效能提升一倍的理論已無法適用於下一世代的製程中。當平面式場效電晶體的結構無法更有效的縮減尺寸時，三維晶片堆疊技術可以增加單位面積下的電晶體密度。藉由晶片堆疊技術，在固定區域內的電晶體數量可以有效的提升，而隨著三維晶片堆疊技術，矽穿孔結構為上下晶片傳遞訊號的重要結構。 在本研究中，矽穿孔周圍之場效電晶體元件受矽穿孔殘留拉伸應力的影響將被討論。此殘留應力在矽穿孔製程中發生，在理想情況下銅熱膨脹對周邊矽基板造成壓應力，然而在真實情況下銅柱在高溫下會產生塑性應變，以致於對周圍矽基板的壓應力藉由變形釋放掉。而在冷卻時銅晶格產生強力內縮行為，這也是銅柱內部拉伸應力的來源。本研究中亦討論應變工程技術的影響，在應變工程技術中，將鍺或碳原子以矽鍺、矽碳合金的形式磊晶成長於源汲極處，並藉由晶格常數不匹配的特性進而對載子通道產生壓縮或拉伸應力。通過應變工程技術，可明顯的增加場效電晶體的載子遷移率。溫度負載以及場效電晶體設置位置的影響也在研究中被一同討論。本研究中採用有限元素分析法(FEM)來分析通道內的應力分佈，並使用壓阻係數方程式計算電晶體元件的載子遷移率增量。 在模擬結果中，矽穿孔殘留拉伸應力可增加N型電晶體的載子遷移率。矽穿孔直徑為30μm且殘留應力為700MPa拉伸應力時，N型電晶體提升5.4%的載子遷移率，在同樣的條件下P型電晶體的電洞載子遷移率則下降3%。當電晶體元件的位置改變時，載子遷移率也有所變化；考慮在相同的條件下並改變電晶體位置後，N型場效電晶體載子遷移率會上升7% 而P型電晶體則下降25%。藉由模擬結果，矽穿孔殘留應力與電晶體元件設置位置的影響將於本研究中被討論。

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利用統計製程方法建立半導體微影系統機台風扇過濾裝置的監控系統

氣流穩定對於半導體製程非常重要，藉由穩定的風壓(Down flow)吹送避免晶圓(Wafer)在製造過程產生微塵汙染。但風壓值並沒有標準值，長期以來均靠製程經驗調整變動，此現象造成製程變異增多情形。另外，提供風壓的裝置，風扇過濾裝置(Fan-filter Unit ,FFU)，之前發生過異常壞掉，未察覺的情形下，造成大量產品異常，甚至報廢。本研究以課題達成型品質改善歷程思維程序及使用品質改善七大工具解決問題分析。運用統計製程管理結合自主設計的硬體架構，提出創新管理模式，建立監控系統，對於風壓及做有效的管理及預防監控風扇過濾裝置無預警損壞事件，提升半導體生產過程的穩定性。首先，管理風壓混亂的現象將其統一性，建立風壓標準值，穩定製程範圍，再者，建立監控系統對生產過程風壓及風扇過濾裝置風扇做及時的監控。研究結果顯示，系統目前成功偵測到異常有三次，這三次經驗證明本研究系統發揮其效果。

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冷凍銷毀模具之設計與分析

為改善現有銷毀技術(鋸切法、水刀水下法、爆炸法)無法有效率處理逾限火工品，故開發「超低溫銷毀技術」，本技術是利用液態氮的低溫特性(-196°C)，使含能物質降低敏感度，並於火工品之金屬外殼達到脆化後，進行破壞，以使作業安全。 　　本研究針對一火工品之金屬外殼(SAE1020)與SKS41合金鋼油壓機模具，利用有限元素分析與全因子實驗法，探討油壓機模具對殼體破壞之情形。由於材料低溫參數文獻零星，本文收集相關材料低溫性質資料作為分析時之參考。 　　經拉力試驗顯示，火工品金屬材料受冷凍後，降伏強度會提高約1.15倍(4111kg/cm2)，因此火工品殼體將變得更硬而需設計適當切斷模具才足以破壞。本研究設計之切斷模具經分析評估後，設計沖頭刃口寬度5mm，材質選用SKS41合金鋼，並於銷毀試驗中顯示未造成損壞，驗證為最佳化。殼體於破壞後，呈現片狀碎塊，斷面延展變形量小，顯示為脆性破壞。 　　本研究以模擬分析方式，開發專用破壞模具，並以全因子實驗法獲得最佳化設計成果。若未來應用於高危險銷毀作業時，可有效降低危害風險。

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熱均壓對金屬射出成品的機械性質影響之研究

熱均壓(Hot Isostatic Pressing, HIP)技術已普遍運用在鑄造工業，因可有效改善鑄造材料的強度、延展性與疲勞壽命，加強改善鑄造過程中所產生之內部孔隙，由於它製程上結合了高溫及高壓方式，使鑄造件透過二次加工後獲得較佳的機械特性。實驗材料所使用的不鏽鋼316L，在電子3C產品金屬零件中，使用最多的金屬射出的材料，可提供電子3C產品需在輕薄空間中，同時要具有整台機器強度需求，因優越的抗腐蝕性、強度、潛變及疲勞等特性，讓產品在高溫及低溫環境都可以具有良好機械性質。 本研究主要探討熱均壓製程對不鏽鋼316L MIM金屬射出之機械特性影響，MIM不鏽鋼316L工件導入熱均壓製程實驗中，使用兩種不同之熱均壓溫度包括1100°C、1250 °C；以固定熱均壓壓力為175 MPa；進行固定保溫保壓時間為1小時，所形成兩種條件樣品，再與未進行熱均壓工件進行機械特性比對。以常溫拉伸試驗、密度、外型尺寸、硬度之變化等分析，來評估熱均壓製程對不鏽鋼316L之影響。

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PCB板在衝擊環境的模擬分析與驗證

摘要 在各種的電子設備中，印刷電路板(Printed Circuit Boards，PCB)是基本元件之一，其功能是連結各個電子元件，讓各個電子元件成為一個完整的電路系統。當整個系統太過複雜時，可以設計成PCI-Express(簡稱PCI-E)介面的印刷電路板，當作一個的子系統，將其功能區分開來，使用者可以依照使用上的需求以卡片插入的方式來增添功能，PCI-E介面的印刷電路板的使用，在電腦設備中最為普遍。 當插有PCI-E電路板的電腦產品在搬運或運輸過程時，難免遭受到外界之衝擊力或振動，產生一些難以避免的影響。一旦電路板上電子零件的焊點或錫球產生裂縫或是脫落的情形，整個電路系統會無法傳遞電訊造成當機或失效。 本文主要在探討PCI-E電路板安裝至機台插槽上之模擬分析。透過Abaqus模擬分析軟體進行正弦衝擊模擬，取得應變數據與加速度數據，再經由Lansmont衝擊試驗機執行正弦衝擊試驗，取得PCI-E板上之實驗應變數據與加速度數據，模擬數據與實驗數據兩者相比較，探討模擬與實驗之相似度。研究目的則是利用參數模擬分析，在試驗前預先評估PCI-E電路板裝至機台插槽上受到外界衝擊力後，晶片的錫球會產生破裂的風險。未來可透過軟體模擬分析方式，了解PCI-E板的應變與加速度特性，進而減少繁瑣的測試工作以及降低測試樣品費用。

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模具之零件知識庫的自動化組裝

隨著科技的快速發展與現今產品的多樣化，使用者對產品的機構和外觀有了更高的要求，也因此模具零件的選用上不僅多樣化，還會因產品特殊需求而更改標準零件之尺寸，導致眾多零件缺乏管理，而在零件組裝方面，因模板與零件間干涉問題，需對干涉模板做出逃孔設計，對於設計工程師是一件費時的工程。 因此本研究在CAD軟體下，導入引導流程，以標準化流程引導使用者完成設計，接著利用Microsoft 的.NET Framework與資料庫(Structured Query Language, SQL)的結合，開發網頁版標準零件庫，經由資料庫的參數變動，進而達到客製化目的，其中在零件的建構部分，Pro/ENIGNEER內含三種形式，包括一般型、程式型與族表型(Family Table)，本研究主要利用族表型來建立零件樣本，其應用在尺寸選擇眾多且有規則的零件上，而零件上會建立組裝特徵和切割曲面，此曲面特徵會以參數化的方式與零件尺寸對應，將族表內的尺寸以資料表的形式紀錄，而這些資料則透過資料庫來負責維護，兩者間透過Pro/Web.Link進行控制，以達到與零件溝通的目的。根據以上幾點，不僅能有效管理零件，還可配合不同需求製作客製化零件庫，最後利用建立在零件上的特徵和曲面進行自動化組裝和切割，如此一來，可以確保模具設計的一致性，並且可減少設計者投入在繪製與組裝零件上的設計工時；透過本研究之模具零件知識庫，以及自動化組裝的幫助下，可節省92.1%之點擊次數。

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行波線性壓電馬達研製

本論文研究是針對線性滑台傳動而設計的扁平口形側推短直樑行波傳動壓 電馬達，主要研究重點是在有限長度的櫛齒短直樑，合成穩定有效的行波振形 供滑台直接側推傳動。行波樑採阻尼式半啞鈴ㄇ型櫛齒樑功能結構設計，以雙 駐波源壓電行波元件驅振，由剛接底樑長度延伸匹配滿足雙駐源尺寸共振模態， 並用高阻抗阻尼截面比的端邊樑柱設計做行波阻尼衰減以抑制端面反射干擾， 在櫛齒工作樑面上合成穩定有效行波振形模態，在自適配壓架固下以不斷前進 的浪型波峰端點接觸滑台側邊摩擦滑條，以波峰端點質點橢圓運動直接側推摩 擦傳動滑台做線性位移運動。本研究採用行波短直樑直接側推滑台傳動方式， 滑台具有無慣性誤差瞬時啓動與止動、強止剎鎖固力，並可有效降低磨擦材衝 擊磨損與破壞以提升操作穩定度。 利用有限元素模擬分析ANSYS 軟體獲得模態分析及簡諧分析結果，其共振 頻率與實驗值誤差。以電壓±150V 驅動線性滑台可獲得最大速度達40 mm/s，並 可由調變雙共振電源之電相差180 度做反向驅動控制。

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以 PVDF 壓電薄膜製作力感測器之特性研究

本論文中提出聚偏氟乙烯 (PVDF) 材料，由於其良好的壓電和鐵電性質並在許多感測器中應用，低硬度，高靈敏度，柔韌性，和輕量。 本篇論文，通過使用PVDF的一層三維感測器的設計和特性進行了研究。拉伸的過程是為了增加PVDF感測器的性能。為了搜索最佳條件進行不同的拉伸比和溫度測試。執行厚度和橫向的極化，以獲得X，Y和Z軸的獨立測量方向。 壓電的幾個重要特性是由FTIR，XRD和PFM裝置來探討。從FRIT和XRD的結果來說，他表明了PVDF感測器具有良好的品質。PFM圖像顯示在厚度和橫向極化後區域的變化。頻率響應和所提出的輸入/輸出敏感度響應PVDF感測器進行項能評估測量。在其他沒有反應的方向上會產生雜訊，但相對於響應方向所測得的輸出而言他很小。在Z軸上量測到的輸出電壓比在X軸和Y軸上所量測到的還要大，這也是預期中且合理的。

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相互耦合自適應控制器之雙軸壓電驅動系統

在這項研究中，我們使用一種新的方法，交叉耦合控制器（ CCC） 暗示的自適 應控制方案，反饋控制器主要來自內部模型控制（ IMC） 嵌入指數加權移動平均值 （ EWMA） 方法來構建一個運行結構衍生實施 run-to-run IMC 運行（ RTR-IMC） ，設 計一個超聲壓電馬達來處理從機制的缺陷，系統的偏見或不準確的模型繼承非線性因 素驅動雙軸平台的位置反饋和速度反饋控制。基於這樣的輪廓控制方案中，交叉耦合 控制器（ CCC） 的任務是改善多軸平台，額外的比例 - 積分（ PI） 的前饋控制器 （ IMC-EWMA 帶有 PI）運動輪廓精度溶液中加入增強發達自適應控制方案（ IMCEWMA） 的穩健性。死區補償器還包括在控制器以減少所造成的電動機對工作表面 （陶瓷尖端）工作的預載荷的死區。 運動控制系統的任務是在兩個不同的輪廓（圓形和線性）與兩個短行程（100 微米和 1 毫米）和長行程（ 10 毫米和 20 毫米）執行，評估和在傳統之間的性能比較差 及運行耦合（ IMC-EWMA 和 IMC-EWMA 與 PI） ，並在壓電驅動雙軸平面運動系統最 小化和跟踪誤差輪廓加上控制器（ CCC-IMC-EWMA 和 CCC-IMC-EWMA 與 PI） 。 基於該聚集的結果，IMC-EWMA 與比例積分（ PI） 的前饋補償器的耦合控制器 （ CCC-IMC-EWMA 帶有 PI） 與在圓形的最小位置誤差及速度的跟踪誤差和更重要的 是在短行程和長行程線性輪廓中達到最小輪廓跟踪誤差。