用于薄晶片/面板和扇出晶片级封装加工的空气喷射脱粘技术

机械剥离会在设备表面产生显著的剥离应力。然而，它们之间有很大的区别。空空气喷射脱粘(空空气脱粘)是指在载体和设备之间注入空气流，从下方向上推动载体，同时向下压缩设备。因此，这种注射技术允许在高温下使用更高强度的粘合剂，这通常与过度翘曲控制相关。此外，气流产生最均匀的应力分布，脱粘在室温下是瞬时的，这使其最适合大面积脱粘。

空空气喷射脱胶

本文介绍了空气体射流剥离的发展，高温临时支撑薄晶片制造、扇出晶片级封装(FOWLP)和集成电路封装组件以及大型薄衬底材料的发展。

薄集成电路晶片的制造需要用于研磨、抛光、干反应离子蚀刻、电介质显影、金属沉积、化学蚀刻、光致抗蚀剂显影和/或溶剂浸渍、等离子体灰化和晶片清洗的临时支持。面板级封装还需要临时支持，以建立再分布层(RDL)、倒装芯片焊接、焊料清洗、成型，甚至焊料回流工艺。制造后，薄晶片/面板需要从其载体上剥离:粘合剂需要完全去除，没有任何残留污染。

虽然载体和装置通常在真空的压力下结合在一起，但是随着粘合剂的变化，释放机构将载体和装置分开。最好使用最短的循环时间、施加到器件表面的最小拉伸应力、消除器件结构上的热损伤，并使用环境友好的清洁剂以方便清洁。

2016年，用于载流子剥离的注入空气体的概念首次被引入到薄晶片处理中。与机械剥离不同，0+气体射流阻止了进入的气流，从下方推动载体，同时向下压缩装置(图1)。设备的结构和模式将受到气流的保护。此外，空气剥离允许由硅、陶瓷和金属(以及玻璃)等材料制成的载体与器件晶片的热膨胀系数(CTE)最佳匹配，以便更好地控制高温下的翘曲。

图1:空注气过程示意图

表1总结了空注气技术的应用和材料。

表1:空注气脱粘的应用和材料总结

>。400℃晶片工艺的临时键合

粘合剂的热稳定性通常是指它们在高温加工过程中抵抗分解和除气的能力。Z涂层451(Z451)是一种单层粘合剂，可用于400℃加工应用。图2显示了Z451的典型工艺流程。图3显示了Z451在10℃/分钟至700℃的恒定加热速率下的热重曲线。我们可以看到Z451的失重速度非常稳定，达到450℃。分解温度约为500℃

图2:2:Z451的典型工艺流程

键合晶片堆通常被反向研磨，然后在高温下用多种化学物质处理。表2总结了Z451的耐化学性测试。后续的化学平滑减薄、粗糙表面蚀刻、光刻胶剥离和清洗需要良好的耐化学性。

表2:2:Z451耐化学性试验总结

图3:在10℃/分钟至700℃的恒定加热速率下3∶Z451的热重曲线

图4a示出了再研磨至60 μm后的键合晶片叠层的声像，图4b示出了研磨后的总厚度变化测量。在剥离之前，将晶片叠层层压在带有除冰框架的紫外线胶带上。剥离后，Z451与器件晶圆一致。它被从器件晶片上移除而没有留下任何残留物。

图4: a)研磨至60米后的键合晶片叠层的声像；b)磨削后总厚度变化测量图

首先是RDL的FOWLP进程

在前RDL的OWLP工艺中，使用刚性载体来支持RDL的建立、模具放置和晶片成型，从而获得更精细的RDL结构长度/间距和更好的产量。人们普遍认为基于RDL的FOWLP工艺更适合于高输入输出数、高密度和高价值的封装。图5显示了RDL first和空气体注入技术的OWLP工艺流程。

图5:RDL和空注气技术的OWLP工艺流程

如图5所示，在所有其它工艺之前，通常需要在刚性载体上涂覆牺牲层作为第一工艺步骤。通常，牺牲层必须满足以下要求:

1)它应在300℃下热稳定；2)耐所有加工化学品；3)高温机械强度好；4)在300℃时不应有电阻；5)释放后，载体可以容易地从模制晶片上移除。

Z涂层211(Z211)是聚酰亚胺基旋转聚合物，设计为载体上的牺牲层。旋涂后，Z211在高达300℃的温度下逐渐固化，在载体上形成光滑、均匀、无间隙的黄色干膜。在10℃/min的恒定升温速率下，Z211的热重分析曲线可达600℃，表明其高稳定性可达425℃，分解温度约为550℃。表3总结了Z211在各种测试条件下的耐化学性测试结果。

表Z211在各种试验条件下的耐化学性试验结果汇总

在演示测试中，使用200毫米的虚拟硅作为载体。在两层RDL组装、倒装芯片放置和晶片成型(粒子环氧树脂)之后，载体从空气分离的模制晶片上释放。值得注意的是，在剥离过程中不需要胶带或框架。将Z211与模制晶圆保持在一起，并用Z-清洁820C(Z820C)浸泡30分钟。指出使用硅载体的管芯晶片的初始翘曲超过3毫米。在载体被移除后，模制晶片不会翘曲。

280℃晶圆工艺后的水清洗

Z涂层100(Z100)是一种水溶性涂层，旨在保护晶片表面和临时晶片支架上的凹凸结构。它是通过旋涂(厚度小于30米)或模版印刷(厚度大于30米)制备的.对于高形貌或凹凸图案，Z100厚涂层的表面形貌被平坦化，填充空。涂层在初始烘烤后保持干膜状态，在300℃时热稳定。

BON D305 (BB 305)是一种由布鲁尔科学公司生产的有机粘合材料，具有高达300℃的工艺和优异的耐化学性。BB305需要直接旋涂在Z100的表面，以便将器件晶片和载体粘合在一起。BB305涂层从晶圆边缘完全覆盖Z100，包括斜面。Z100和BB305的组合旨在使晶圆键合叠层能够承受280℃的加工温度并抵抗化学侵蚀。图6显示了Z100和BB305的工艺流程。

图6:6:Z100和BB305的工艺流程

室温下，Z100和BB305之间的界面发生空气体空气脱粘的脱粘。Z100在器件晶片上保持为干涂层，并通过用去离子水冲洗完全去除。图7显示了水冲洗前后晶片表面的傅里叶变换红外光谱(FTI R)测量:没有发现Z100残留物的痕迹。

图7:水冲洗前后晶片表面的红外光谱测量

用薄衬底封装和组装后集成电路的水清洗

当有机衬底变得越来越薄和越来越大时，它需要暂时与硬载体结合。图8是使用大而薄的面板有机衬底对ic封装进行临时结合和剥离的工艺流程的示意图。

图8:具有大的薄面板有机衬底的临时结合和剥离IC封装的工艺流程图

z涂层110是水基粘合剂。流变性能得到优化，可用于模板印刷或旋涂工艺。在涂覆和软烘烤之后，粘合剂在室温下没有阻隔，并且玻璃化转变温度约为100℃。图9显示粘度y随着温度的升高而降低，在200℃下约为48000厘泊，在230℃下约为36000厘泊..

图9:粘度对温度的曲线图:上图显示粘度随着温度的升高而降低。

在演示测试中，载体是300mm×300mm×1m厚的玻璃，有机衬底是296mm×296mm大小和0.1 mm薄的倒装芯片组件。模具盖为3分钟块状，厚度为0.4毫米..在~10Pa真空的条件下，热压结合在3分钟内完成。倒装芯片模块芯片可以通过玻璃载体毫无问题地组装。在焊剂残留清洗之后，倒装芯片元件芯片被过模制。

然后将载体从模制包装中释放出来，并进行空气剥离。Z110的大部分与玻璃载体一致，但是在衬底的焊盘侧观察到残留物。玻璃载体和衬底都用去离子水清洗。图10总结了成形基底的抛光:a)在剥离之前，和b)在从载体剥离之后。模制基板在没有载体的情况下显示出严重的翘曲。

摘要

它支持高温芯片、强大的封装、最大的散热能力，并以其更好的首次合格率和生产能力推动行业寻求更便宜的室温机械剥离。同时需要无毒的粘合剂和环保的清洁剂来简化清洁过程。

空气脱粘是一种先进的空气体辅助机械脱粘。它在载体上提供了更强的分离力，并且在装置的表面上没有拉伸应力或热量..通过这种剥离，建立了一系列新的临时粘合剂的晶片处理能力:1)Z451允许晶片堆叠在400℃下处理60分钟；2)Z211首先采用低成本的RDL FOWLP工艺，易于清洗；3)3)Z100和BB305的组合允许晶片在280℃的处理温度下与水临时结合、清洗并经受苛刻的化学浸泡；4)Z110允许在用水清洗模制封装和模制下填充组件之后的F-lip工艺在0.1毫米的薄基底上进行。

AirDebond目前正在为不同的应用优化工艺流程。随着高性能粘合剂和绿色清洁剂的出现，这项技术开始证明其在包装和组装薄型设备方面的价值。

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