晶粒粘接在半導體封裝流程中的定位與核心作用

晶粒粘接（Die Bonding）作為半導體封裝后道工序的關鍵環節，承接劃片工藝，將切割后的晶圓芯片固定于封裝基板（如引線框架、印刷電路板或陶瓷基板），為后續電氣互連與物理保護奠定基礎。其核心作用包括：

• 物理固定：通過粘合劑或鍵合材料將芯片與基板機械連接，抵御外部沖擊與環境應力；

• 熱管理：優化芯片與基板間的熱傳導路徑，輔助芯片散熱；

• 電氣連接：部分工藝（如含金屬填料的粘合劑）可實現芯片背面與基板的電導通。

該工藝直接影響封裝良率、可靠性及散熱效率，是先進封裝技術（如2.5D/3D集成）的重要支撐。

晶粒粘接的主要技術方法與工藝特點

傳統鍵合方法

• 環氧樹脂粘合
  采用含銀顆粒的糊狀或液態環氧樹脂，通過點膠或涂覆方式施加于基板，放置芯片后經150–250°C固化形成粘合。

• 優勢：成本低、工藝成熟，適用于中小尺寸芯片；

• 挑戰：膠層厚度不均易導致翹曲（Warpage），影響后續封裝精度。

• 焊料鍵合
  使用焊錫球凸點（Solder Bump）或微凸點（Microbump），通過回流焊實現芯片與基板的金屬互連，常見于倒裝芯片（Flip Chip）工藝。

• 應用場景：高密度I/O芯片封裝，如CPU、GPU的2.5D/3D集成。

先進鍵合方法

• 晶片黏結薄膜（DAF）鍵合
  DAF是一種預貼于芯片背面的薄膜狀粘合劑，厚度可控制在微米級且均勻性高，適用于多芯片堆疊（MCP）。

• 優勢：膠層厚度精確（±1μm），減少翹曲，支持超薄芯片鍵合；

• 趨勢：逐步替代傳統環氧樹脂，成為先進封裝主流方案。

• 混合鍵合（Hybrid Bonding）
  通過金屬（如Cu-Cu）直接鍵合與介質層（如SiO?）融合，實現芯片間無凸點互連，間距可縮小至1μm以下。

• 突破：打破傳統焊料凸點的密度限制，支撐3D IC堆疊技術。

關鍵工藝步驟與設備要求

標準工藝流程

1. 基板準備：清潔封裝基板表面，確保無雜質影響粘合；

2. 粘合劑施加：通過點膠、印刷或DAF貼膜方式預置粘合材料；

3. 芯片拾取與放置（Pick & Place）：

• 頂出（Ejection）：使用頂針從切割膠帶下方頂起芯片，形成微小間隙以便拾取；

• 真空吸拾：通過固晶機（Die Bonder）的吸嘴精準抓取芯片并對準基板；

4. 固化/回流：根據材料特性進行熱固化（環氧樹脂/DAF）或回流焊（焊料鍵合）；

5. 檢測：通過AOI（自動光學檢測）檢查鍵合精度與膠層缺陷。

核心設備與技術參數

技術挑戰與行業發展趨勢

當前面臨的主要挑戰

1. 超薄芯片鍵合風險：芯片厚度降至50μm以下時，頂出與吸拾過程易導致碎裂；

2. 熱應力匹配：芯片與基板材料的熱膨脹系數（CTE）差異可能引發界面開裂；

3. 高密度集成需求：傳統鍵合方法難以滿足3D堆疊中μm級間距的精度要求。

未來發展方向

• 材料創新：開發低模量、高導熱DAF薄膜，提升散熱與抗翹曲能力；

• 工藝融合：混合鍵合技術與TSV（硅通孔）結合，推動3D IC商業化落地；

• 智能化生產：引入AI視覺定位與力反饋控制，提升固晶機的良率與效率。

隨著半導體器件向微型化、高功率密度發展，晶粒粘接工藝正從“機械固定”向“高密度互連載體”轉型，成為先進封裝技術迭代的核心驅動力。

國產芯片清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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