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因应先进扇出封装的暂时性接合与剥离挑战

时间:2017-06-30 11:02:12  来源:  作者:

 先进封装技术已成为因应电子设备对效能、成本及小尺寸需求的核心技术。最新的一项发展是扇出晶圆级封装(FOWLP)技术。更为先进的扇出(FO)技术型态目前正在发展当中,届时可应用于异质整合与系统级封装;先进的FO技术所仰赖的暂时性接合/剥离(bonding/debonding)技术,是设备制造过程的基本要素。

各种FO架构所存在的暂时性接合/剥离工艺挑战为何?采用正确的暂时性接合/剥离材料又能如何化解挑战?

暂时性接合与剥离在 FOWLP 制造过程中扮演的角色

FOWLP工艺归类为两大类:芯片优先(chip-first)和线路重布层(RDL)优先 FO 工艺。芯片优先 FO 采用晶圆重建工艺,在这个工艺中,会从原始设备晶圆中拣出已知合格晶元(KGD) 并置于基板上,然后以模压树脂包覆成形为重构晶圆。接下来,重构晶圆会暂时接合至载板,使天生的弓形度平坦,以进一步进行处理来制成晶圆上的RDL。

在RDL优先FO工艺中,RDL层会建立在载具晶圆的顶端,涂上一层暂时接合材料,再将 KGD置于已知合格RDL的顶端,接着进行压模与模具研磨工艺。在这两个工艺的工艺中,晶圆堆通常会经过金属化、微影成像、介电质沉积、电镀及其他需要支撑载具基板的组装工艺。

FO 工艺变化对材料的挑战以及对暂时接合/剥离要求之影响

在晶圆优先和 RDL 优先架构下,有几个不同的变化,像是晶粒面向上接合、晶粒面向下接合、RDL 细线优先和 RDL 粗线优先类型等,都会增加支撑材料与设备的复杂度与要求。

在晶粒面向上接合和面向下接合晶圆优先的做法当中,若重构晶圆的厚度低于350μm,那么就会因为内部应力大而呈现严重弓形,若要在整个工艺的工艺中支撑重构晶圆,就必须有能够抗高温的接合材料。这是因为晶圆堆会经过 RDL 成形工艺,在这个过程中,材料会暴露于高达 250°C 的高温环境达数小时,而接合线会暴露于多种不同的工艺化学物,包括强酸、强碱及溶剂化学物。为了与载具晶圆剥离,机械分离和雷射分离是惯用的方法,不过,热滑动剥离也可以应用于某些情况下。

在RDL优先的方法中,用于晶粒黏着的RDL和组装工艺会在暂时玻璃载具上完成,这个载具会涂上牺牲层。几个工艺步骤会执行来建立一个多层 RDL 结构,接着进行晶粒黏着、压磨和模具研磨,以及载具分离。在晶圆级上,对于RDL优先工艺惯用的载具分离方法是,采用雷射分离机制。最后,与晶圆优先工艺相比,RDL优先工艺在牺牲层上更为严峻,因为在早期RDL成形阶段中,整面的这个释放层会开放接触工艺化学品。

**暂时接合/剥离材料如何因应 FOWLP 挑战? **

FOWLP应用所需的暂时接合材料,必须能强固地黏合重构晶圆,以维持平坦度,并消除接合处的弓形和翘曲。这些材料也必须拥有热机械特性,可承受下游高温工艺,还有经得起三小时的五次 230°C+ 温度周期。在晶圆优先方法中,材料也必须能承受压模的压力。过去常用于支撑RDL优先增层法工艺的释放层,必须能经得起并支撑更严苛的化学暴露条件,而不影响到工艺步骤。

此外,先进FO工艺的复杂工艺也可能需要适合双面暂时接合的材料。随着面板级工艺的精进,暂时接合/剥离材料也必须兼容于面板组装生产线所需的涂层法、应用工艺及工具。针对 FOWLP 进行剥离是这项技术的亮点。硅基板的易碎性是3D-IC 与2.5D中,永远存在的最大挑战;重构晶圆和面板不易碎,在下游工艺中进行搬运时,也许比硅更有宽容度。这些较新的方法最终可简化剥离工艺,并降低 FO 工艺成本。

结语

根据以上所讨论的挑战,可以清楚知道某项产品、甚至某系列的暂时接合/剥离材料,可能不适合先进封装应用中的所有工艺。对硅晶圆来说,用于3D-IC和2.5D晶背工艺步骤的材料,与用于 FO 工艺的材料,各有不同的要求条件;布鲁尔科技能提供各种接合材料与释放层,以健全、高产能、具成本效益且简易的解决方案因应不断演进的工艺需求。

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