晶圆背面涂覆技术在IC封装中的应用

夏雷周静张宇昂

摘要：

论述了传统的集成电路装片工艺面临的挑战以及现有用DAF膜（DieAttachmentFilm，装片胶膜）技术进行装片的局限性；介绍了一种先进的、通过喷雾结合旋转的涂胶模式制备晶圆背面涂覆膜的工艺，将其同现有的DAF膜的性能进行了对比，并对采用这种方法的封装工艺的划片、装片等后续关键工序及其变更作了详细的描述；对于影响晶圆背面涂覆质量的各个关键因素也做了重点说明，并对相关的可靠性问题做了简单的分析。

伴随着封装尺寸的进一步缩小，传统的半导体装片技术面临着巨大的挑战。其技术劣势主要体现在：

（1）装片的胶水会在芯片的周围形成溢出，这种溢出会极大地增加芯片所占的面积，这就要求对装片点胶量要有严苛的控制；

（2）由于树脂的流变力学特性，芯片必须保持一定的厚度以防止装片所用的胶水沿着芯片的边缘溢到芯片的上表面；更为严重的是这有可能沾污芯片的键合区域或芯片上其他不允许沾污的部分；

（3）当装片的芯片厚度小于μm或更薄的时候，直接用装片的吸嘴去吸取一颗没有机械支撑膜的芯片会变得非常困难，因为应力可以很轻易地使芯片变形甚至碎裂，从而使产品报废；

（4）装片工艺对于胶水的分配，无论是在点胶量还是在点胶位置上控制要求更高，都需要更精密的设备以及更多的工艺控制时间；而点胶参数的任何变化都有可能引起显著的胶量变化。

利用预制式干化装片膜DAF（DieAttachFilm）的装片工艺是目前业界比较流行的一种装片技术，这种技术很好地解决了传统的装片工艺、特别是薄片堆叠装片（芯片片厚μm）中遇到的挑战。DAF是一种预制的干化胶膜，有特定的厚度，在划片之前就黏在晶圆的背面。新一代的DAF胶带更是将划片膜与DAF膜合为一体，称之为DDF（DicingDieAttachFilm)。晶圆装贴在这种膜上之后，被切割成合适的芯片尺寸并装架在装片机上。当装片机的吸嘴吸取芯片时，DAF的胶膜会黏在芯片底部被一同拾取。在适当的装片温度及装片压力下，芯片被贴在框架或基板上。由于胶膜保持了最小的流动状态，胶的溢出部分以及芯片的倾斜量都可以忽略不计，而黏接层的厚度也可以很精确地控制。

虽然这种方法现在已经非常广泛地用于堆叠装片工艺，但是制备这种胶膜的成本始终高于普通胶水的应用。而且，更重要的一点是，特别厚的胶膜需要特别地定制，不是每种所需的厚度都可以轻易地得到。

近年来，在表面贴装工艺中用于印刷锡膏的丝网印刷技术也被广泛地用于晶圆背面的胶水涂覆工艺，胶水凝固后晶圆就可以如同黏贴了DAF膜一样等待处理或进入下一道工序。虽然这种技术的成本比DAF要低，但这种方式制备的胶膜厚度通常在20μm以上，要想得到厚度小于20μm的胶膜，使用这种方法几乎是无法做到的。

本文介绍的一种采用在线制备的方式、利用喷雾与旋转模式进行晶圆背面涂覆的工艺（WBC），可以很好地解决上述问题，大大提高了芯片准备工艺（D/P)的柔性，降低了装片的成本。

1晶圆背面涂覆（WBC）的材料与关键工艺

晶圆背面涂覆系统的工作流程大致为：将减薄后的晶圆放置在工作台上，自动对位结束后，系统利用真空将晶圆固定在吸盘上并移入涂覆工作站；接着吸盘开始以一定的速度旋转，当达到工艺要求的转速后，喷胶头从晶圆中央开始喷射雾化的胶水，并同时沿半径方向向晶圆边缘移动；当涂覆结束后，工作台将晶圆移动到UV工作站，在那里胶水被UV照射后进行B-Stage半固化，之后整个晶圆连同胶膜作为一个整体，流入晶圆切割、装片及固化工序；相关的工艺流程如图1所示。在这种晶圆背面涂覆技术中，会使用特殊设计的胶水，这种胶水在涂覆到晶圆背面后是以UV照射的方式进入半固化状态（B-Stage）从而失去部分黏性。

下面对影响这种晶圆背面涂覆质量的材料与相关工艺逐一说明。

1.1材料

作为晶圆背面涂覆的材料，需要同时具有以下特性：

（1）半固化之前应保持较低的黏度，确保胶水雾化的效果；

（2）适当的熔融黏度，以确保装片工艺质量；

（3）半固化之后保持较低的弹性模量，以防止晶圆变形；

（4）半固化之后保持较低的弹性，保型性较好；

（5）装片完毕进行热固化后，应在与基板/框架的结合面上以及与硅片的结合面上保持足够的剥离强度和剪切强度。

WBC胶水的成分配比对WBC胶水的性能起着决定性的作用。部分关键成分的少量变化可以大幅影响胶水的可喷涂性以及固化之后的物理特性。这部分的工作往往需要胶水供应商与设备供应商共同努力，反复试验来完成。以汉高公司与诺信Asymtek公司共同为WBC工艺开发的两款原型胶水WBC-2A（型号：CDA-64）及WBC-2B1（型号：CDA-64-M2）为例，同为WBC的原型胶水，WBC-2B1相对于WBC-2A添加了4%左右的黏附增强剂和小于4%的反应型增塑剂，二者组分对比如表1所示。

表2显示了二者的技术参数对比，从中可以看出，相对于WBC-2A原型胶水，WBC-2B1原型胶水通过增加部分增塑剂及黏附增强剂的方式，使得胶水对于硅和阻焊层的黏接强度大幅度提高，与此同时，半固化之后的弹性及弹性模量均得到了有效的降低。TanDelta参数的显著提高表明胶水的保型性也得到了很大的改善。

图2显示了这两种胶水在适当添加反应式增塑剂的情况下，半固化之后的相关性能变化

数据。

图3显示了黏度增强剂对于WBC胶水黏附性能的影响。从图3可以看出，在通过三天吸湿试验（试验条件：温度85℃，相对湿度85%）并经过三次回流试验（回流温度℃）之后，经过黏附增强剂改良后的原型胶水WBC-2B1，抗剥离的强度得到了大幅度的提升，以至于整个胶水区未发生任何剥离，所有剥离均发生在阻焊层与BT基板的界面上。而未经添加黏附增强剂的原型胶水WBC-2A，部分剥离破断发生在胶水内部，部分发生在阻焊层与BT基板之间。

1.2喷雾与旋转

喷雾涂覆是利用点胶阀的高速喷嘴在压缩气体的配合下将胶水雾化，在晶圆背面形成连续的涂覆膜。

旋转涂覆通过点胶阀的喷嘴将一定质量的涂覆材料滴在晶圆中央，在晶圆的高速旋转下，由于离心力的作用，胶水自中央向圆周方向扩散。这种工艺被广泛地运用于重复制备一致性好的微米级的薄膜。

而喷雾与旋转是一种结合了喷雾及旋转模式的涂覆技术，该种技术在NordsonAsymtek以及Musashi等多家点胶机供应厂商的产品中均有提供。这种技术结合了喷雾涂覆和旋转涂覆两种工艺的优点，可以很好地控制胶水的均匀性，保证胶水厚度的可复制性，解决了滴胶、气泡、凹坑、流挂等质量问题。

在喷雾和旋转涂覆工艺中，有几个控制点非常关键。本文以NordsonAsymtek公司的S点胶机结合DJ2X00点胶阀为例，对此进行相关的说明。S点胶机是NordsonAsymtek公司开发的一款成熟的高精密度点胶机，配合合适的点胶阀，胶量可以控制在每个胶滴1nl。而DJ2X00点胶阀采用了该公司专利技术的高精密胶量控制机构，可以确保胶阀关断迅速，喷胶胶量稳定，没有拖尾。该点胶阀同时具有内置式加热器，可以均匀

而稳定地预热胶水，降低胶水黏度，提高雾化效果，进一步提高喷胶胶量的一致性。

1.2.1胶水的点胶温度

胶水的点胶温度对于点胶质量的影响非常重要。不同的胶水对于点胶温度的要求也各不相同，但总的原则是在低于胶水固化温度的安全温度下，适当提高胶水的点胶温度，以降低胶水的黏度。胶水黏度的降低，可以大幅提高胶水的雾化效果，提高胶水涂覆的均匀性，特别对于胶水固化后的表面粗糙度的影响尤其明显。图4显示了汉高CDA-64-M2胶水在不同的点胶温度下完成涂覆，B-stage半固化之后的表面质量情况。通过目测就可以看到，CDA-64-M2在点胶头温度设置为70℃的条件下，雾化效果非常充分，胶水在UV固化达到B-Stage之后，表面光滑，而当点胶头温度设置为40℃的情况下，由于黏度较大，雾化效果不理想，单颗雾化颗粒较大，B-stage之后表面凹凸明显，无法达到后续工序的要求。通过利用Sur-f

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