芯片键合胶及键合过程的优化研究

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半导体芯片制造与封装领域是影响国家经济发展的重点领域。芯片键合是把半导体芯片固定到基材上或者封装体上的过程。这个过程中要用到芯片键合胶。芯片键合胶既能固定芯片,也能在芯片和基材之间发挥热传导和(或)电传导的作用。键合胶及其键合过程的优劣会影响半导体在终端应用中的性能表现。因此,优化键合胶及键合过程显得非常重要。为了提高键合的强度、键合的稳定性和键合的可靠性,本文从三个方面研究了键合胶及键合过程的优化:第一,芯片键合胶材料配方体系的优化。为了提高键合强度,导入新的胶黏促进剂,设计了新型的键合胶配方体系。并运用实验设计和响应曲面法,优化了新型键合胶体系在键合过程及固化过程中的参数,包括点胶量、点胶高度、点胶时间、固化温度、固化时间等。最终使键合强度过程能力指数从0.56提升到2.80。第二,芯片键合点胶过程及点胶工装的优化。为了提高点胶键合稳定性,分析了点胶的微观过程,发现了点胶缺失的新的失效机理;并且,通过点胶头表面状态的优化提高了键合胶在点胶头内部的浸润性,通过键合胶粘度水平的调整提高了键合胶的浸润速率。最终使点胶缺失不良率从6.7%降到0.1%。第三,芯片键合界面的优化。包括晶圆蚀刻过程(半导体前道)和芯片封装过程(半导体后道)的联合优化。为了提高键合的可靠性,需要减少键合后界面脱离的不良率。通过前道晶圆蚀刻工艺和植球工艺的改善,减少了键合界面的粒子污染;通过后道晶圆切割清洗参数的改良,提高了键合界面的清洁度;通过封装助焊剂清洗参数的优化,最终使界面脱离的不良率从13.2%降到0%。
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