IC封裝中涂覆技術(shù)的應用

廖志云

（深圳和美精藝半導體科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

近幾年，將表面貼裝工藝用在印刷錫膏絲網(wǎng)印刷技術(shù)中，受到人們高度的重視，將該技術(shù)應用到晶圓背面膠水涂覆工藝終，在膠水凝固之后，晶圓就好比粘了DAF膜一般，在進入等待以后就開始進入到下一道工序。該技術(shù)與DAF相比，雖然技術(shù)成本再低，但是該方法所制備的膠膜，厚度可以確定超過20μm，想要厚度低于20μm膠膜，該方法是難以做到的。本文主要是對在線制備方式，利用旋轉(zhuǎn)與噴霧模式，對于晶圓背面涂覆工藝進行探討，由此提出相應的解決意見，提高了芯片準備工藝柔韌性，并且降低裝片成本。

1 晶圓背面涂覆的關鍵工藝與材料

晶圓背面涂覆系統(tǒng)在工作時，其流程為：將晶圓放到對應的操作臺上，在完成自動對位工作之后，系統(tǒng)使用真空方式，將整個晶圓固定到吸盤的對應位置中，隨后開展進一步的涂覆工作。隨后吸盤在一定速度下不斷旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)速達到要求之后，噴膠頭開始從晶圓的中央位置，噴射出一些霧化膠水，隨后按照半徑方向，朝著邊緣逐步移動。在完成初步的涂覆工作后，需要將晶圓移動到對應的UV工作站中，當晶圓上的膠水被照射后，就開始進入到半固化狀態(tài)，隨后晶圓與膠膜就開始形成一個整體，并且逐步完成切割、裝片、固化等一系列工序，主要情況如下圖1所示：

圖1 工藝流程詳情

2 材料

作為晶圓背面材料，需要具備下述特性：一是半固化狀態(tài)之前，需要保證具備較低的黏度，由此才能確保膠水達到一個霧化效果；二是需要保證有適當?shù)娜廴谡扯龋纱丝梢员ＷC裝片工藝的整體質(zhì)量；三是在形成半固化狀態(tài)以后，應當保證其有著較低的彈性，避免后期出現(xiàn)變形情況；四是在半固化之后，應當具備較低的粘性，保證其有著姣好的保型性；五是在完成裝片后，對其進行熱固化處理，需要保證與框架、基板以及硅片結(jié)合面，均有著足夠的剪切強度與剝離強度。WBC膠水的成分配比情況會直接影響到該膠水的性能，一些關鍵成分發(fā)生少量變化后，可以對膠水的噴涂情況、固化后的物理特性等帶來極大的影響。這些工作都要設備供應商與膠水供應商共同努力，通過多次試驗，才能保證膠水質(zhì)量。

3 旋轉(zhuǎn)與噴霧

噴霧涂覆就是通過點膠閥中的高速噴嘴與壓縮空氣相互配合，隨后保證膠水呈現(xiàn)出霧化的狀態(tài)，隨后開始對晶圓背面完成連續(xù)的操作，使其形成一個完整的涂覆膜。旋轉(zhuǎn)涂覆方式的出現(xiàn)，就是使用點膠閥的噴嘴，保證將固定質(zhì)量的涂覆材料加入到晶圓的中央位置，當晶圓處于一個高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，因為受到離心力影響，因此膠水會逐漸從晶圓的中央位置朝著外部開始擴散，該工藝的出現(xiàn)，已經(jīng)被廣泛應用在制備一些具備極佳一致性的微米級薄膜中。旋轉(zhuǎn)與噴霧相結(jié)合，形成一種全新的涂覆技術(shù)，該技術(shù)是由Musashi與Nordson Asumtek等多個點膠機供應商所提供的產(chǎn)品，該技術(shù)將旋轉(zhuǎn)涂覆與噴霧涂覆兩種工藝優(yōu)點完整地結(jié)合起來，保證膠水具備均勻性，同時也能確保其厚度處于一個可復制的狀態(tài)，有效解決流掛、凹坑、氣泡等問題。在該工藝中，有幾個控制要點需要人們高度關注。比如Nordson Asumtek公司所供應的S930點膠機與DJ2X00點膠閥作為案例，對其進行說明，因為S930作為一個成熟性高、精密性強的點膠機，為其配備合適的點膠閥，可以將膠量控制在1個膠滴為1nl。DJ2X00點膠機作為該公司的一項專利，具備較高的精密性，可以保證膠閥在關閉時具備迅速性，確保膠量處于穩(wěn)定的狀態(tài)，不會發(fā)生拖尾問題。在點膠閥中也加入了內(nèi)置式加熱器，保證膠水得到穩(wěn)定的預熱，并且降低膠水自身粘度，確保其霧化效果達到人們的預期。

4 B-Stage半固化

在完成WBC膠水的涂覆工作后，需要盡快地對WBC涂覆膠水，完成B-Stage半固化處理工作，由此才能保證在完成噴膠后，其厚度存在一致性，并且暫時減少其中的粘性，由此方便在晶圓涂覆之后，也能進入到下一道工序中，接受其他工藝處理。通過使用UV照燈，對于B-stage進行半固化處理，需要關注兩個重點部分。

4.1 UV劑量

UV劑量會直接對B-Stage的熔融粘度帶來影響，當UV照射強度達到預期后，比如UV燈的數(shù)量、型號、照射距離等，均設置為定制，那么就需要改變照射時間，即可改變原有的UV劑量，因劑量不同，所以會使得膠水中的熔融粘度發(fā)生改變。為了保證當前裝片工藝滿足要求，需要保證膠水在一百度的條件下，其熔融粘度確定在100-200Pa·s。除此之外，UV照射時間在30秒左右時，因為膠水中的熔融粘度較低，就會導致后續(xù)裝片工藝與固化工藝具備極差的穩(wěn)定性。

4.2 UV燈類型

在對UV燈的類型進行選擇過程中，溫度成為一個重要的考慮因素。比如汞燈型的UV燈，因為其溫度較高，即使加入紅外過濾裝置，在對膠水進行半固化處理時，也會導致晶元表面溫度較高，有時會達到一百八十攝氏度，由此使得膠水發(fā)生固化反應。所以當UV光源的波長處于一致的狀態(tài)下，需要使用到脈沖式光源或者冷光源，由此可以降低溫度對整個工藝所帶來的影響[1]。

5 UV劃片膜選擇情況

在使用WBC膠水制備的背面涂覆膜過程中，需要對膠膜的半固化狀態(tài)進行確認，確保其與NV層之間的粘性，只有其具備足夠的強度，才能有效的抵抗劃片時，因為水壓、切割等原因，導致的剝離效應。不僅如此，經(jīng)常會出現(xiàn)晶圓在劃好片之后，長期留在UV劃片膜上的情況，所以需要對UV層與WBC膠膜之間，材料的遷移情況進行了解，同時也需要了解UV層與WBC膠膜粘結(jié)力，是否會隨著時間推移，其穩(wěn)定性發(fā)生變化的情況。圖2為同一種WBC膠帶，和兩種不同的UV劃片，在經(jīng)過貼片后，材料所出現(xiàn)的遷移情況，通過觀察可知，劃片#1在放置七天后，出現(xiàn)明顯的膠殘留情況，并且對裝片工藝中，吸取芯片的穩(wěn)定性帶來影響，劃片#2表現(xiàn)得更為穩(wěn)定，并沒出現(xiàn)明顯變化[2]。

6 裝片

圖2 WBC 膠與劃片膜UV 層中的材料遷移情況

通過對裝片工藝進行深入調(diào)查后，筆者發(fā)現(xiàn)需要從兩個部分作出優(yōu)化：一是從切割部分開始，對完成切割的晶圓上吸取芯片的問題，主要是從裝片機的頂針配置與吸嘴、頂出高度以及吸出時間等幾個方面作出優(yōu)化。在這時必須注意到，將WBC技術(shù)導入其中，需要確保芯片吸取具備穩(wěn)定性，由此才能保證同一個工藝窗口，不會隨著存放時間較長，而導致其中的穩(wěn)定性發(fā)生變化[3]。二是吸嘴需要將帶有膠膜的芯片粘貼到框架或者基板中，通常需要考慮到裝片壓力、裝片時框架或者基板溫度等。當整個工藝處于常溫狀態(tài)下，會使其剪切強度明顯增強，除此之外，裝片溫度會對高溫剪切強度帶來影響。但是為了保證裝片工藝具備可行性，需要在裝片溫度工藝窗口處，確保膠水粘度控制在100Pa·s～200Pa·s之內(nèi)[4]。

7 固化

當WBC膠水完成裝片之后，需要利用烘烤方式使其固化，由此可以提高其質(zhì)量，保證其在后續(xù)工序中，足夠應對膜封與引線鍵合。因為芯片、膠水、基板的膨脹系數(shù)不同，難以保證其完全匹配，同時受到溫度影響，裝片之后基板會出現(xiàn)一定的翹曲情況。隨著固化溫度逐步提高會出現(xiàn)更為嚴重的翹曲情況。這種情況的出現(xiàn)，會導致鍵合工藝受到翹曲影響，無法繼續(xù)工作。所以需要對該部分工藝做出優(yōu)化處理，保證產(chǎn)品在膠水黏結(jié)強度與翹曲之間，獲得一個平衡的狀態(tài)。

8 結(jié)語

綜上所述，本文主要是針對晶圓背面涂覆技術(shù)進行深入的分析，無論是成本控制方面，還是膠層厚度方面，與當前所采用的DAF技術(shù)相比，都具備明顯優(yōu)勢。該技術(shù)想要更好的推廣下去，需要在后續(xù)工作中重點研究如何將其嵌入到常用減薄系統(tǒng)中，由此才能保證未來在封裝領域更好發(fā)揮該技術(shù)的吸引力。