莊曉莎 徐玉祥(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510700)

0 引言

倒裝芯片鍵合技術(shù)[1]，是將芯片倒扣在封裝基板上，通過(guò)芯片上的凸點(diǎn)直接與基板電極焊盤互聯(lián)。倒裝芯片鍵合技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是使高密度組裝成為可能，倒裝芯片鍵合的引線可以做到最短，電抗最小，因此可以獲得最高的工作頻率和最小噪聲。

研究低成本的倒裝芯片鍵合技術(shù)是重要方向之一，利用有機(jī)導(dǎo)電聚合物代替合金焊料、研究各向異性導(dǎo)電膠及其互連技術(shù)等，這些都有利于進(jìn)一步降低成本，減小引線間距，防止引線間電信號(hào)相互干擾，增強(qiáng)封裝可靠性。

倒裝芯片鍵合技術(shù)工藝涉及以下主要工序，在芯片和基板上制備焊點(diǎn)、芯片分類(剔除壞芯片)、切割芯片、貼裝芯片、封裝。為同時(shí)滿足切割、貼裝的要求，對(duì)多功能的膠粘材料提出了更高的要求。本文介紹倒裝芯片切割用膠粘材料的主要類型。

1 單層膠粘材料

倒裝芯片技術(shù)的關(guān)鍵制造芯片引腳凸點(diǎn)。常見(jiàn)的芯片凸點(diǎn)形成技術(shù)有焊料凸點(diǎn)、聚合物凸點(diǎn)和機(jī)械形成凸點(diǎn)等。傳統(tǒng)使用焊料的連接工藝涉及焊劑助焊劑涂覆，芯片/電路板布置，焊料凸點(diǎn)回流，助焊劑去除，底部填充物填充和固化過(guò)程，工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率差、成本高。為了減少這些復(fù)雜的過(guò)程，采用聚合物將芯片結(jié)合至半導(dǎo)體部件上是有效的替代手段，單層膠粘材料主要起到將芯片接合到半導(dǎo)體部件的作用。

US6518097A[2]提供一種使用各向異性導(dǎo)電粘合劑來(lái)制造晶片級(jí)倒裝芯片封裝的方法，該方法包括以下步驟：在I/O 模塊上形成低價(jià)的無(wú)焊料凸點(diǎn)，晶片的每個(gè)芯片的O 焊盤，將各向異性導(dǎo)電粘合劑涂覆在晶片上，通過(guò)使用晶片切片機(jī)將涂有各向異性導(dǎo)電粘合劑的晶片切割成單個(gè)芯片，并使各個(gè)芯片經(jīng)受倒裝芯片鍵合。開(kāi)發(fā)了一種新的電連接，替代傳統(tǒng)的焊接連接以追求環(huán)保工藝以及降低生產(chǎn)成本，同時(shí)滿足切割需要，及在低溫條件下形成鍵合。

倒裝芯片涉及一整套連續(xù)工藝，切割、貼裝所采用的材料均影響最后的封裝質(zhì)量。對(duì)于封裝質(zhì)量的研究，例如JP2004315688A[3]提供一種半導(dǎo)體的粘合膜，含有具有芴骨架的苯氧基樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂，微膠囊化的咪唑衍生物-環(huán)氧化合物和填料作為基本組分。其通過(guò)熱壓粘合附著到具有凸塊電極的半導(dǎo)體晶片的電極側(cè)，并且切割晶片后分離成分立的半導(dǎo)體芯片，將倒裝芯片直接接合電極并牢固地固定基板，從而能夠提供高的封裝可靠性。

單層膠粘材料是焊料連接的替代方案，具有環(huán)保、低成本、低溫的特點(diǎn)，對(duì)于連接部件的耐熱性要求不高，適用于倒裝芯片安裝。由于倒裝芯片安裝還涉及在前的芯片切割、在后的封裝，是環(huán)環(huán)相扣的工藝步驟，所以滿足切割、貼裝、封裝要求的一體型薄膜則應(yīng)運(yùn)而生。

2 一體型薄膜

為了適應(yīng)芯片切割、倒裝工藝，以及在焊料連接中對(duì)半導(dǎo)體芯片進(jìn)行有效的保護(hù)，可以在半導(dǎo)體芯片上設(shè)置背面保護(hù)膜以防止半導(dǎo)體芯片損壞等情況[4-5]。因此必須新增加將背面保護(hù)膜粘附至在切割步驟中得到的半導(dǎo)體芯片背面保護(hù)膜的步驟。結(jié)果，步驟數(shù)量增加，這導(dǎo)致生產(chǎn)成本等升高。為降低生產(chǎn)成本，保證切割、倒裝、封裝的連續(xù)性，將背面保護(hù)膜與傳統(tǒng)切割帶結(jié)合，構(gòu)造了倒裝芯片切割用背面保護(hù)一體型薄膜。

一體型薄膜通常依次包括背面保護(hù)膜、切割膜和基材。倒裝芯片切割用背面保護(hù)一體型薄膜的基材的性能要求與傳統(tǒng)的切割帶的基材相似，下面主要對(duì)背面保護(hù)膜和切割膜的性能和應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行介紹。

2.1 背面保護(hù)膜

倒裝方式中將電極與基板接合時(shí)，存在芯片的電路面的相反側(cè)的背面裸露的情況。在該裸露的芯片背面形成有由有機(jī)材料構(gòu)成的樹(shù)脂膜作為背面保護(hù)膜。利用保護(hù)膜的的目的在于防止于切割步驟或封裝之后晶片產(chǎn)生龜裂。背面保護(hù)膜除了保護(hù)的作用，還進(jìn)一步要求其具有多功能性，以利于提高加工型、封裝性能等。

日東電工在CN101794723A[6]中披露了切割背面保護(hù)一體型薄膜，賦予了背面保護(hù)的標(biāo)識(shí)性。背面保護(hù)膜形成于切割帶的切割膜上，晶片背面保護(hù)膜是有色的，并且有色晶片背面保護(hù)膜具有特定的彈性模量，以起到標(biāo)識(shí)和抑制芯片通過(guò)背面保護(hù)膜粘貼到支承體上。該專利通過(guò)有色晶片背面保護(hù)膜，利用各種標(biāo)識(shí)方法如打印方法和激光標(biāo)識(shí)方法進(jìn)行標(biāo)識(shí)，從而賦予芯片形工件的非電路面或使用芯片形工件的半導(dǎo)體器件的非電路面各種信息如文字信息和圖形信息。切割帶和有色晶片背面保護(hù)膜可以容易地彼此區(qū)分，因而可改進(jìn)加工性等。

近年來(lái)朝向薄型化的發(fā)展趨勢(shì)，半導(dǎo)體芯片在拾取步驟中容易被損壞，這要求提高機(jī)械強(qiáng)度，從而增強(qiáng)半導(dǎo)體芯片。另一方面薄型化的半導(dǎo)體芯片容易產(chǎn)生翹曲，因此抑制或防止翹曲的產(chǎn)生是更進(jìn)一層的性能要求。在面臨薄型化的技術(shù)需求，CN102376615A[7]提出一種可以抑制或防止在倒裝芯片連接至被粘物的半導(dǎo)體元件上產(chǎn)生翹曲的倒裝芯片型半導(dǎo)體背面保護(hù)一體型薄膜，通過(guò)在背面保護(hù)膜中含有指定量或更多的無(wú)機(jī)填料來(lái)完成。為了提高背面保護(hù)膜的導(dǎo)熱性，CN102344646A[8]提出在背面保護(hù)膜中使用特定量的導(dǎo)熱性填料，同時(shí)，相對(duì)于背面保護(hù)膜的厚度，選擇特定粒徑的導(dǎo)熱性填料，獲得低表面粗糙度。

多功能化的背面保護(hù)膜的研發(fā)不僅僅在于組成上，對(duì)于背面保護(hù)膜結(jié)構(gòu)改進(jìn)也是一種重要的手段。在倒裝芯片連接的典型步驟中，為了焊料凸塊的清潔或防止氧化、焊料潤(rùn)濕性的改進(jìn)等目的，在焊接時(shí)使用焊劑，從而構(gòu)建半導(dǎo)體芯片和基板之間良好的電連接。而焊劑在加工過(guò)程中容易附著在背面保護(hù)膜的表面上從而引起劣化外觀性或激光標(biāo)識(shí)性的問(wèn)題。基于此，CN102382587A[9]提出對(duì)背面保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在背面保護(hù)膜上增設(shè)保護(hù)層，由具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為200℃以上的耐熱性樹(shù)脂或包括金屬組成，從而實(shí)現(xiàn)倒裝芯片接合時(shí)，焊劑組分最終蒸發(fā)而不進(jìn)入保護(hù)層，抑制污染。

2.2 切割膜

半導(dǎo)體芯片切割背面保護(hù)一體型薄膜要求保證在切割步驟中半導(dǎo)體背面保護(hù)膜對(duì)半導(dǎo)體芯片有良好的粘合力。另一方面，要求支持半導(dǎo)體背面保護(hù)膜的切割膜滿足對(duì)環(huán)框良好的保持力，半導(dǎo)體背面保護(hù)膜良好的粘附力可以防止切割時(shí)半導(dǎo)體芯片的飛散，同時(shí)起到阻隔能夠，防止切割期間產(chǎn)生的切割屑直接粘貼到半導(dǎo)體芯片形成表面污染。

此外，在切割步驟之后的拾取步驟中，還要求切割膜在延伸時(shí)不會(huì)產(chǎn)生基材的破裂、破損或塑性變形等，并還顯示良好的剝離性，以使得切割后的半導(dǎo)體芯片能夠與半導(dǎo)體背面保護(hù)膜一起從切割膜分離。然而，以平衡的方式實(shí)現(xiàn)這些特性并非易事。

針對(duì)性能平衡的問(wèn)題，CN102373019A[10]提出一種半導(dǎo)體背面用切割帶集成膜，通過(guò)對(duì)切割膜進(jìn)行改進(jìn)，在基材層上設(shè)置第一壓敏粘合劑層和第二壓敏粘合劑層作為切割膜，和堆疊在切割膜的第二壓敏粘合劑層上的半導(dǎo)體背面用膜，通過(guò)設(shè)置第一壓敏粘合劑層與第二壓敏粘合劑層之間的剝離強(qiáng)度大于第二壓敏粘合劑層與半導(dǎo)體背面用膜間的剝離強(qiáng)度，及特定的剝離強(qiáng)度。該專利能夠?qū)崿F(xiàn)即使當(dāng)半導(dǎo)體芯片很薄時(shí)，也能保證保持力和剝離性的平衡，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低污染。

在半導(dǎo)體芯片切割背面保護(hù)一體型薄膜中，存在由于在倒裝芯片型半導(dǎo)體背面保護(hù)膜上貼合晶圓時(shí)的加熱等，導(dǎo)致切割膜與倒裝芯片型半導(dǎo)體背面保護(hù)膜之間的剝離力上升、無(wú)法拾取的問(wèn)題。CN105086865A[11]提出通過(guò)控制切割膜和背面保護(hù)膜的表面自由能，從而實(shí)現(xiàn)抑制由加熱導(dǎo)致的切割帶與倒裝芯片型半導(dǎo)體背面用薄膜之間的剝離力上升。

出于抑制底部填充材料在倒裝芯片安裝半導(dǎo)體芯片時(shí)容易爬上半導(dǎo)體芯片的背面的目的，JP2014123728A[12]提出一種粘合片，通過(guò)控制粘合劑層的接觸角，從而防止底部填充材料在倒裝芯片封裝期間上升到半導(dǎo)體芯片的背面。

切割膜的改進(jìn)主要在于性能參數(shù)的控制，以期獲得剝離性與拾取性平衡、低污染等性能。

3 結(jié)語(yǔ)

倒裝芯片是在所有表面安裝技術(shù)中，可以達(dá)到最小、最薄的封裝。而倒裝芯片切割用膠粘材料是貫穿切割、拾取、封裝多個(gè)步驟，是關(guān)鍵的輔助性材料。該材料的核心技術(shù)主要掌握在日本企業(yè)，國(guó)內(nèi)企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)可嘗試通過(guò)消化和吸收已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，在賦予倒裝芯片切割用膠粘材料的多功能性的方向上進(jìn)行探索、研究。