晶圓級封裝的工藝流程詳解

晶圓承載系統(tǒng)工藝

晶圓承載系統(tǒng)是指針對晶圓背面減薄進行進一步加工的系統(tǒng)，該工藝一般在背面研磨前使用。晶圓承載系統(tǒng)工序涉及兩個步驟：首先是載片鍵合，需將被用于硅通孔封裝的晶圓貼附于載片上;其次是載片脫粘，即在如晶圓背面凸點制作等流程完工后，將載片分離。

圖7展示了晶圓承載系統(tǒng)的工藝步驟。首先在晶圓表面涂覆臨時粘合劑，使其貼附于載片上;待晶圓背面的加工工序完成后，即可對載片進行脫粘，并去除殘留粘合劑，以確保晶圓表面清潔。

▲圖7：晶圓承載系統(tǒng)工序

進行載片鍵合時，需要注意幾個因素：首先，載片鍵合后的晶圓整體厚度應均勻一致;其次，鍵合面不應存在空隙，兩片晶圓對齊應準確無誤;此外還應確保晶圓邊緣不受到粘合劑污染，且在處理過程中應盡量避免晶圓發(fā)生彎曲。在載片脫粘過程中，還應注意：避免晶圓脫離載片后發(fā)生損壞，如邊緣剝落(Chipping)7或出現裂紋等;避免粘合劑殘留;避免凸點變形。

7邊緣剝落(Chipping)：芯片或晶圓邊角損壞。

在基于晶圓承載系統(tǒng)的封裝工藝中，載片脫粘是一個相對復雜且重要的工序。因此，業(yè)界已經提出并研發(fā)多種脫粘方法，并針對每一種脫粘方法開發(fā)出相應的臨時粘合劑。典型的脫粘方法包括熱技術、激光燒蝕(Laser Ablation)后剝離、化學溶解、機器剝離后化學清洗等。

晶圓邊緣切筋工藝

▲圖8：未切筋(上圖)與切筋后(下圖)的晶圓邊緣對比圖

如圖8上半部分紅圈內區(qū)域所示，將采用硅通孔工藝封裝的晶圓鍵合到晶圓載片上，經過背面研磨后，其邊緣會變得較為尖銳。此種狀態(tài)下，晶圓后續(xù)還將經歷光刻、金屬薄膜制備、電鍍以在背面制作凸點等工序，這些工序會增加晶圓邊緣剝落的風險。邊緣裂紋可能會延伸至晶圓內部，進而導致后續(xù)工序無法進行，最終造成嚴重的良品損失。為避免此問題，對于采用硅通孔工藝封裝的晶圓，在其進行載片鍵合前，應先對晶圓正面邊緣進行切筋并去除修剪部分。如圖8下半部分區(qū)域所示，將切筋后的晶圓貼附于晶圓載片并對其進行背面研磨時，鋒利而凸起的邊緣已消失。因此，在后續(xù)工序中，晶圓邊緣剝落的風險也被消除。在切筋過程中，旋轉的晶圓切割刀片穿過晶圓邊緣，將指定的邊緣區(qū)域切除。

堆疊工藝

硅通孔封裝工藝中，在晶圓正面和背面形成的凸點均用于鍵合，以便堆疊。同樣地，在倒片鍵合時，批量回流焊(Mass Reflow)工藝8和熱壓縮(Thermocompression)工藝9也用于鍵

合。根據堆疊方式的不同，堆疊工藝可分為芯片與芯片(Chip-to-Chip)堆疊、芯片與晶圓(Chip-to-Wafer)堆疊、晶圓與晶圓(Wafer-to-Wafer)堆疊。

8批量回流焊工藝(Mass Reflow)：將多個器件按陳列連接到基板上，然后在烤箱等中一起加熱，以熔化焊料使之形成互聯的工藝。因一次性處理多個器件，所以在這個術語中使用了“批量”這一詞。

9熱壓縮工藝(Thermocompression)：對物體進行加熱和加壓處理，使其進行鍵合的一種工藝。

使用硅通孔工藝堆疊芯片時，需使用微型凸點。因此，凸點之間的間距很小，堆疊芯片之間的間距也很小，這就是以可靠性著稱的熱壓縮工藝因被廣泛使用的原因。然而，熱壓縮工藝也存在缺點，那就是耗時長，生產率底，因為在鍵合過程中必然會耗時去加熱加壓。因此熱壓縮工藝逐漸被批量回流焊工藝取代的趨勢日益明顯。