莊曉莎 徐玉祥(國家知識產(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，通過芯片上的凸點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，利用有機導電聚合物代替合金焊料、研究各向異性導電膠及其互連技術(shù)等，這些都有利于進一步降低成本，減小引線間距，防止引線間電信號相互干擾，增強封裝可靠性。

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、芯片分類(剔除壞芯片)、切割芯片、貼裝芯片、封裝。為同時滿足切割、貼裝的要求，對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。常見的芯片凸點形成技術(shù)有焊料凸點、聚合物凸點和機械形成凸點等。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，焊料凸點回流，助焊劑去除，底部填充物填充和固化過程，工藝復雜、生產(chǎn)效率差、成本高。為了減少這些復雜的過程，采用聚合物將芯片結(jié)合至半導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體部件的作用。

US6518097A[2]提供一種使用各向異性導電粘合劑來制造晶片級倒裝芯片封裝的方法，該方法包括以下步驟：在I/O 模塊上形成低價的無焊料凸點，晶片的每個芯片的O 焊盤，將各向異性導電粘合劑涂覆在晶片上，通過使用晶片切片機將涂有各向異性導電粘合劑的晶片切割成單個芯片，并使各個芯片經(jīng)受倒裝芯片鍵合。開發(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。對于封裝質(zhì)量的研究，例如JP2004315688A[3]提供一種半導體的粘合膜，含有具有芴骨架的苯氧基樹脂，環(huán)氧樹脂，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。其通過熱壓粘合附著到具有凸塊電極的半導體晶片的電極側(cè)，并且切割晶片后分離成分立的半導體芯片，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，對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半導體芯片進行有效的保護，可以在半導體芯片上設(shè)置背面保護膜以防止半導體芯片損壞等情況[4-5]。因此必須新增加將背面保護膜粘附至在切割步驟中得到的半導體芯片背面保護膜的步驟。結(jié)果，步驟數(shù)量增加，這導致生產(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一體型薄膜。

一體型薄膜通常依次包括背面保護膜、切割膜和基材。倒裝芯片切割用背面保護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，下面主要對背面保護膜和切割膜的性能和應(yīng)用進展進行介紹。

2.1 背面保護膜

倒裝方式中將電極與基板接合時，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材料構(gòu)成的樹脂膜作為背面保護膜。利用保護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。背面保護膜除了保護的作用，還進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一體型薄膜，賦予了背面保護的標識性。背面保護膜形成于切割帶的切割膜上，晶片背面保護膜是有色的，并且有色晶片背面保護膜具有特定的彈性模量，以起到標識和抑制芯片通過背面保護膜粘貼到支承體上。該專利通過有色晶片背面保護膜，利用各種標識方法如打印方法和激光標識方法進行標識，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膜可以容易地彼此區(qū)分，因而可改進加工性等。

近年來朝向薄型化的發(fā)展趨勢，半導體芯片在拾取步驟中容易被損壞，這要求提高機械強度，從而增強半導體芯片。另一方面薄型化的半導體芯片容易產(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體元件上產(chǎn)生翹曲的倒裝芯片型半導體背面保護一體型薄膜，通過在背面保護膜中含有指定量或更多的無機填料來完成。為了提高背面保護膜的導熱性，CN102344646A[8]提出在背面保護膜中使用特定量的導熱性填料，同時，相對于背面保護膜的厚度，選擇特定粒徑的導熱性填料，獲得低表面粗糙度。

多功能化的背面保護膜的研發(fā)不僅僅在于組成上，對于背面保護膜結(jié)構(gòu)改進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、焊料潤濕性的改進等目的，在焊接時使用焊劑，從而構(gòu)建半導體芯片和基板之間良好的電連接。而焊劑在加工過程中容易附著在背面保護膜的表面上從而引起劣化外觀性或激光標識性的問題?；诖?，CN102382587A[9]提出對背面保護膜的結(jié)構(gòu)進行改進，在背面保護膜上增設(shè)保護層，由具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為200℃以上的耐熱性樹脂或包括金屬組成，從而實現(xiàn)倒裝芯片接合時，焊劑組分最終蒸發(fā)而不進入保護層，抑制污染。

2.2 切割膜

半導體芯片切割背面保護一體型薄膜要求保證在切割步驟中半導體背面保護膜對半導體芯片有良好的粘合力。另一方面，要求支持半導體背面保護膜的切割膜滿足對環(huán)框良好的保持力，半導體背面保護膜良好的粘附力可以防止切割時半導體芯片的飛散，同時起到阻隔能夠，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不會產(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體芯片能夠與半導體背面保護膜一起從切割膜分離。然而，以平衡的方式實現(xiàn)這些特性并非易事。

針對性能平衡的問題，CN102373019A[10]提出一種半導體背面用切割帶集成膜，通過對切割膜進行改進，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體背面用膜，通過設(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度大于第二壓敏粘合劑層與半導體背面用膜間的剝離強度，及特定的剝離強度。該專利能夠?qū)崿F(xiàn)即使當半導體芯片很薄時，也能保證保持力和剝離性的平衡，同時實現(xiàn)低污染。

在半導體芯片切割背面保護一體型薄膜中，存在由于在倒裝芯片型半導體背面保護膜上貼合晶圓時的加熱等，導致切割膜與倒裝芯片型半導體背面保護膜之間的剝離力上升、無法拾取的問題。CN105086865A[11]提出通過控制切割膜和背面保護膜的表面自由能，從而實現(xiàn)抑制由加熱導致的切割帶與倒裝芯片型半導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體芯片時容易爬上半導體芯片的背面的目的，JP2014123728A[12]提出一種粘合片，通過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體芯片的背面。

切割膜的改進主要在于性能參數(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

倒裝芯片是在所有表面安裝技術(shù)中，可以達到最小、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)，國內(nèi)企業(yè)、研發(fā)機構(gòu)可嘗試通過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行探索、研究。