半导体IC封装中涂覆技术的应用及WBC胶水

作者：廖志云

（深圳和美精艺半导体科技股份有限公司）

摘要：本文主要是对传统集成电路装片工艺所面临的挑战与使用DAF膜技术装片过程中的局限性进行论述，并且与当前已有的DAF膜情况进行深入的对比，对该方法的封装工艺装片、划片等重点工序与变更情况进行深入的描述，对于影响到晶圆背面的涂覆质量中的关键因素进行深入说明。

0 引言

近几年，将表面贴装工艺用在印刷锡膏丝网印刷技术中，受到人们高度的重视，将该技术应用到晶圆背面胶水涂覆工艺终，在胶水凝固之后，晶圆就好比粘了DAF膜一般，在进入等待以后就开始进入到下一道工序。该技术与DAF相比，虽然技术成本再低，但是该方法所制备的胶膜，厚度可以确定超过20μm，想要厚度低于20μm胶膜，该方法是难以做到的。本文主要是对在线制备方式，利用旋转与喷雾模式，对于晶圆背面涂覆工艺进行探讨，由此提出相应的解决意见，提高了芯片准备工艺柔韧性，并且降低装片成本。

1 晶圆背面涂覆的关键工艺与材料

晶圆背面涂覆系统在工作时，其流程为：将晶圆放到对应的操作台上，在完成自动对位工作之后，系统使用真空方式，将整个晶圆固定到吸盘的对应位置中，随后开展进一步的涂覆工作。随后吸盘在一定速度下不断旋转，当转速达到要求之后，喷胶头开始从晶圆的中央位置，喷射出一些雾化胶水，随后按照半径方向，朝着边缘逐步移动。在完成初步的涂覆工作后，需要将晶圆移动到对应的UV工作站中，当晶圆上的胶水被照射后，就开始进入到半固化状态，随后晶圆与胶膜就开始形成一个整体，并且逐步完成切割、装片、固化等一系列工序，主要情况如下图1所示：

2 材料

作为晶圆背面材料，需要具备下述特性：一是半固化状态之前，需要保证具备较低的黏度，由此才能确保胶水达到一个雾化效果；二是需要保证有适当的熔融粘度，由此可以保证装片工艺的整体质量；三是在形成半固化状态以后，应当保证其有着较低的弹性，避免后期出现变形情况；四是在半固化之后，应当具备较低的粘性，保证其有着姣好的保型性；五是在完成装片后，对其进行热固化处理，需要保证与框架、基板以及硅片结合面，均有着足够的剪切强度与剥离强度。WBC胶水的成分配比情况会直接影响到该胶水的性能，一些关键成分发生少量变化后，可以对胶水的喷涂情况、固化后的物理特性等带来极大的影响。这些工作都要设备供应商与胶水供应商共同努力，通过多次试验，才能保证胶水质量。

 

3 旋转与喷雾

喷雾涂覆就是通过点胶阀中的高速喷嘴与压缩空气相互配合，随后保证胶水呈现出雾化的状态，随后开始对晶圆背面完成连续的操作，使其形成一个完整的涂覆膜。旋转涂覆方式的出现，就是使用点胶阀的喷嘴，保证将固定质量的涂覆材料加入到晶圆的中央位置，当晶圆处于一个高速旋转的状态下，因为受到离心力影响，因此胶水会逐渐从晶圆的中央位置朝着外部开始扩散，该工艺的出现，已经被广泛应用在制备一些具备极佳一致性的微米级薄膜中。旋转与喷雾相结合，形成一种全新的涂覆技术，该技术是由Musashi与Nordson Asumtek等多个点胶机供应商所提供的产品，该技术将旋转涂覆与喷雾涂覆两种工艺优点完整地结合起来，保证胶水具备均匀性，同时也能确保其厚度处于一个可复制的状态，有效解决流挂、凹坑、气泡等问题。在该工艺中，有几个控制要点需要人们高度关注。比如Nordson Asumtek公司所供应的S930点胶机与DJ2X00点胶阀作为案例，对其进行说明，因为S930作为一个成熟性高、精密性强的点胶机，为其配备合适的点胶阀，可以将胶量控制在1个胶滴为1nl。DJ2X00点胶机作为该公司的一项专利，具备较高的精密性，可以保证胶阀在关闭时具备迅速性，确保胶量处于稳定的状态，不会发生拖尾问题。在点胶阀中也加入了内置式加热器，保证胶水得到稳定的预热，并且降低胶水自身粘度，确保其雾化效果达到人们的预期。

 

4 B-Stage半固化

在完成WBC胶水的涂覆工作后，需要尽快地对WBC涂覆胶水，完成B-Stage半固化处理工作，由此才能保证在完成喷胶后，其厚度存在一致性，并且暂时减少其中的粘性，由此方便在晶圆涂覆之后，也能进入到下一道工序中，接受其他工艺处理。通过使用UV照灯，对于B-stage进行半固化处理，需要关注两个重点部分。

4.1 UV剂量

UV剂量会直接对B-Stage的熔融粘度带来影响，当UV照射强度达到预期后，比如UV灯的数量、型号、照射距离等，均设置为定制，那么就需要改变照射时间，即可改变原有的UV剂量，因剂量不同，所以会使得胶水中的熔融粘度发生改变。为了保证当前装片工艺满足要求，需要保证胶水在一百度的条件下，其熔融粘度确定在100-200Pa·s。除此之外，UV照射时间在30秒左右时，因为胶水中的熔融粘度较低，就会导致后续装片工艺与固化工艺具备极差的稳定性。

4.2 UV灯类型

在对UV灯的类型进行选择过程中，温度成为一个重要的考虑因素。比如汞灯型的UV灯，因为其温度较高，即使加入红外过滤装置，在对胶水进行半固化处理时，也会导致晶元表面温度较高，有时会达到一百八十摄氏度，由此使得胶水发生固化反应。所以当UV光源的波长处于一致的状态下，需要使用到脉冲式光源或者冷光源，由此可以降低温度对整个工艺所带来的影响。

 

5 UV划片膜选择情况

在使用WBC胶水制备的背面涂覆膜过程中，需要对胶膜的半固化状态进行确认，确保其与NV层之间的粘性，只有其具备足够的强度，才能有效的抵抗划片时，因为水压、切割等原因，导致的剥离效应。不仅如此，经常会出现晶圆在划好片之后，长期留在UV划片膜上的情况，所以需要对UV层与WBC胶膜之间，材料的迁移情况进行了解，同时也需要了解UV层与WBC胶膜粘结力，是否会随着时间推移，其稳定性发生变化的情况。图2为同一种WBC胶带，和两种不同的UV划片，在经过贴片后，材料所出现的迁移情况，通过观察可知，划片#1在放置七天后，出现明显的胶残留情况，并且对装片工艺中，吸取芯片的稳定性带来影响，划片#2表现得更为稳定，并没出现明显变化。

6 装片

通过对装片工艺进行深入调查后，笔者发现需要从两个部分作出优化：一是从切割部分开始，对完成切割的晶圆上吸取芯片的问题，主要是从装片机的顶针配置与吸嘴、顶出高度以及吸出时间等几个方面作出优化。在这时必须注意到，将WBC技术导入其中，需要确保芯片吸取具备稳定性，由此才能保证同一个工艺窗口，不会随着存放时间较长，而导致其中的稳定性发生变化。二是吸嘴需要将带有胶膜的芯片粘贴到框架或者基板中，通常需要考虑到装片压力、装片时框架或者基板温度等。当整个工艺处于常温状态下，会使其剪切强度明显增强，除此之外，装片温度会对高温剪切强度带来影响。但是为了保证装片工艺具备可行性，需要在装片温度工艺窗口处，确保胶水粘度控制在100Pa·s~200Pa·s之内。

7 固化

当WBC胶水完成装片之后，需要利用烘烤方式使其固化，由此可以提高其质量，保证其在后续工序中，足够应对膜封与引线键合。因为芯片、胶水、基板的膨胀系数不同，难以保证其完全匹配，同时受到温度影响，装片之后基板会出现一定的翘曲情况。随着固化温度逐步提高会出现更为严重的翘曲情况。这种情况的出现，会导致键合工艺受到翘曲影响，无法继续工作。所以需要对该部分工艺做出优化处理，保证产品在胶水黏结强度与翘曲之间，获得一个平衡的状态。

8 结语

综上所述，本文主要是针对晶圆背面涂覆技术进行深入的分析，无论是成本控制方面，还是胶层厚度方面，与当前所采用的DAF技术相比，都具备明显优势。该技术想要更好的推广下去，需要在后续工作中重点研究如何将其嵌入到常用减薄系统中，由此才能保证未来在封装领域更好发挥该技术的吸引力。