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半导体超薄芯片的剥离技术分析,以及芯片易破裂之解决方法
2024年09月14日 11:06   浏览:410   来源:小萍子

从晶圆上高效拾取薄/超薄芯片是先进封装的关键技术之一,其成功率取决于芯片从胶带上的剥离。为了将芯片从柔性胶带上剥离时而不会损坏薄芯片,需要从多个角度去分析,下面总结了一些技术方法,在这里分享给大家。

芯片如何从晶圆上稳定的剥离:

1. 胶带对芯片的作用

胶带特性:该工艺中使用的胶带具有柔性、弹性特性,可在制造、切割和运输过程中支撑薄芯片。胶带必须牢固地固定芯片,但也要允许轻松、无损地剥离。

2. 剥离机制

应力集中和释放:剥离开始时,应力施加在胶带和薄芯片之间的界面上。胶带的柔顺性有助于均匀分布应力,防止局部力导致芯片破裂。

可控剥离力:剥离过程通常以可控角度(例如 45° 或 90°)和速度进行,以确保对薄芯片施加最小的力。粘合剂的柔顺性使其能够贴合芯片的轮廓,从而减少应力点。

热激活:可以使用热量降低粘合强度。胶带设计为在特定温度下软化或降低其粘性,使芯片更容易被提起。

紫外线激活:对紫外线敏感的胶带在暴露于紫外线时会失去粘合性。这使得芯片在加工后可以轻松剥离。

3. 芯片的拾取

真空辅助拾取:在某些情况下,真空夹持器或工具可以在剥离胶带时对芯片施加向上的力,从而帮助完成剥离过程,最大程度地减少芯片上的弯曲力。

4. 剥离薄芯片的挑战

脆性:薄芯片,尤其是厚度小于 100 µm 的芯片,容易开裂和碎裂。控制剥离力对于确保剥离过程中不会发生断裂或损坏至关重要。

粘合均匀性:保持胶带上均匀的粘合性能对于一致剥离是必要的,因为任何变化都可能导致应力分布不均匀和潜在的芯片损坏。

胶带残留物:尽量减少粘合剂残留物非常重要,因为芯片表面的任何残留材料都可能干扰后续加工步骤,如粘合或封装。

解决薄芯片破裂之方法:

1. 粘度的选择与优化

  • 可调节粘合强度:选择适合的蓝膜粘合剂是剥离过程的关键。粘合剂应能够提供足够的抓取力来保持芯片稳定,但在剥离过程中又能通过加热或UV光控制来减少粘性。

2. 剥离角度与速度的控制

  • 剥离角度:剥离角度会影响剥离过程中对芯片的应力。通常推荐使用45°或90°的剥离角度。较小的剥离角度有利于降低垂直方向上的应力,从而减少对芯片的破坏。

  • 剥离速度:缓慢且稳定的剥离速度有助于减小应力波动,防止过大的瞬时力导致芯片破裂。且应确保剥离速度可精确调控,并能根据不同芯片厚度、材料和粘合剂特性进行调整。

3. 热激活和UV激活的设计考量

  • 热激活:设计时需考虑加热的剥离方式。加热装置应能够精确控制温度,避免加热过度导致芯片材料变形或引发热应力。

    • 局部加热设计:为了避免对整个系统加热,可以设计局部加热的方式,例如使用加热头仅加热粘合剂区域。

  • UV光激活:对于使用UV敏感胶的设计,应考虑UV光源的强度和均匀性。UV光的照射时间和波长需要与胶的特性匹配,确保粘性能够充分减弱,且不会对芯片本身的材料产生不良影响。

4. 剥离拾取机构设计

  • 剥离头的设计:剥离头的设计需要能够均匀施力,避免产生局部应力。

    • 材料的选择:剥离头的接触部分可以使用特殊材料,以适应芯片的微小形变,降低芯片的破裂风险。

  • 真空辅助:真空吸取工具可以在剥离过程中通过真空吸盘固定芯片,减少芯片在剥离过程中被弯曲的风险。这也可以减少芯片在剥离过程中因重力或其他因素造成的位移。

  • 软着路:设计带有力学传感器的剥离设备,实时监测剥离过程中施加的力,并通过反馈系统对剥离速度和角度进行动态调整,保证每个芯片的剥离过程在安全范围内。

5. 芯片脆性处理

  • 芯片厚度优化:特别是对于超薄芯片。需要考虑芯片厚度与剥离技术的匹配性。较薄的芯片更容易在剥离过程中出现裂纹,因此剥离系统应能根据不同厚度芯片调整剥离参数。

  • 压力分布的均匀性:避免点状压力集中的设计对于防止芯片破裂至关重要。设计剥离头时,可以考虑增加与芯片表面接触的面积,或者设计弹性支持结构。

  •  剥离应力和剪切应力分别通过分析模型和 FEM (a) 和 (b) 获得的粘合应力的比较:如图

6. 洁净度设计

  • 静电控制:剥离过程可能会产生静电,特别是当使用干燥空气或高速剥离时。这种静电会损害芯片表面和内部电子元件。需要配备静电控制系统,如离子风扇或接地设备,确保工作环境中的静电处于可控范围内。

  • 洁净环境:在剥离过程中,灰尘和颗粒可能会进入粘合表面,导致剥离不均匀或残胶。设计剥离设备时,需要确保整个操作在洁净室环境中进行,并且尽可能减少空气中的颗粒物。

7. 剥离路径优化

  • 逐步剥离法:采用分段式剥离路径,而不是一次性大面积剥离。通过将剥离动作分成多个步骤,每次只剥离少量区域,可以减少芯片整体受力并防止局部应力过大。

  • 非线性剥离:通过非线性剥离路径或曲线剥离,可以减缓应力的集中作用,避免芯片在剥离过程中由于突然的剥离力而发生破裂。


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