晶粒粘接在半导体封装流程中的定位与核心作用和国产芯片清洗剂介绍

晶粒粘接在半导体封装流程中的定位与核心作用

晶粒粘接（Die Bonding）作为半导体封装后道工序的关键环节，承接划片工艺，将切割后的晶圆芯片固定于封装基板（如引线框架、印刷电路板或陶瓷基板），为后续电气互连与物理保护奠定基础。其核心作用包括：

• 物理固定：通过粘合剂或键合材料将芯片与基板机械连接，抵御外部冲击与环境应力；

• 热管理：优化芯片与基板间的热传导路径，辅助芯片散热；

• 电气连接：部分工艺（如含金属填料的粘合剂）可实现芯片背面与基板的电导通。

该工艺直接影响封装良率、可靠性及散热效率，是先进封装技术（如2.5D/3D集成）的重要支撑。

晶粒粘接的主要技术方法与工艺特点

传统键合方法

• 环氧树脂粘合
  采用含银颗粒的糊状或液态环氧树脂，通过点胶或涂覆方式施加于基板，放置芯片后经150–250°C固化形成粘合。

• 优势：成本低、工艺成熟，适用于中小尺寸芯片；

• 挑战：胶层厚度不均易导致翘曲（Warpage），影响后续封装精度。

• 焊料键合
  使用焊锡球凸点（Solder Bump）或微凸点（Microbump），通过回流焊实现芯片与基板的金属互连，常见于倒装芯片（Flip Chip）工艺。

• 应用场景：高密度I/O芯片封装，如CPU、GPU的2.5D/3D集成。

先进键合方法

• 晶片黏结薄膜（DAF）键合
  DAF是一种预贴于芯片背面的薄膜状粘合剂，厚度可控制在微米级且均匀性高，适用于多芯片堆叠（MCP）。

• 优势：胶层厚度精确（±1μm），减少翘曲，支持超薄芯片键合；

• 趋势：逐步替代传统环氧树脂，成为先进封装主流方案。

• 混合键合（Hybrid Bonding）
  通过金属（如Cu-Cu）直接键合与介质层（如SiO₂）融合，实现芯片间无凸点互连，间距可缩小至1μm以下。

• 突破：打破传统焊料凸点的密度限制，支撑3D IC堆叠技术。

关键工艺步骤与设备要求

标准工艺流程

1. 基板准备：清洁封装基板表面，确保无杂质影响粘合；

2. 粘合剂施加：通过点胶、印刷或DAF贴膜方式预置粘合材料；

3. 芯片拾取与放置（Pick & Place）：

• 顶出（Ejection）：使用顶针从切割胶带下方顶起芯片，形成微小间隙以便拾取；

• 真空吸拾：通过固晶机（Die Bonder）的吸嘴精准抓取芯片并对准基板；

4. 固化/回流：根据材料特性进行热固化（环氧树脂/DAF）或回流焊（焊料键合）；

5. 检测：通过AOI（自动光学检测）检查键合精度与胶层缺陷。

核心设备与技术参数

技术挑战与行业发展趋势

当前面临的主要挑战

1. 超薄芯片键合风险：芯片厚度降至50μm以下时，顶出与吸拾过程易导致碎裂；

2. 热应力匹配：芯片与基板材料的热膨胀系数（CTE）差异可能引发界面开裂；

3. 高密度集成需求：传统键合方法难以满足3D堆叠中μm级间距的精度要求。

未来发展方向

• 材料创新：开发低模量、高导热DAF薄膜，提升散热与抗翘曲能力；

• 工艺融合：混合键合技术与TSV（硅通孔）结合，推动3D IC商业化落地；

• 智能化生产：引入AI视觉定位与力反馈控制，提升固晶机的良率与效率。

随着半导体器件向微型化、高功率密度发展，晶粒粘接工艺正从“机械固定”向“高密度互连载体”转型，成为先进封装技术迭代的核心驱动力。

国产芯片清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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