用于封装半导体的方法

专利名称：用于封装半导体的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于封装半导体的方法，更具体而言，涉及这样 一种用于封装半导体的方法，该方法可允许均匀涂抹晶片粘着焊膏、
缩短B -阶段处理时间，以及改进晶片拾取特性和晶片粘着特性。
背景技术：
在半导体封装工艺中，无溶剂或者包含溶剂的液体、液体焊膏或 者固体薄膜被典型地用作适宜的粘合剂。固体薄膜显示出良好的可塑 性，并且在晶片粘着工艺中，有利地显示出其相对于热量和压力没有 或者最小的渗漏现象。另外，固体薄膜是有利的，因为，粘合层，即， 芯片的倾斜(Ult)和存在于芯片和PCB之间的界面中的粘合剂的厚 度在晶片粘着工艺之后可被轻易控制。
在使用液体焊膏粘合剂的常规半导体封装工艺中，在焊膏从A阶 段直接被熟化到C阶段的情况下，使用撒布(dispensing)进行涂覆 工艺。这种涂覆方法不能实现均匀控制焊膏的厚度和面积。因此，这 种方法不适于在芯片和PCB之间涂敷厚的焊膏。与此同时，在焊膏从 A阶段经过B阶段被熟化到C阶段的情况下，使用丝网印刷进行涂覆 工艺。这种丝网印刷在控制将被涂敷的焊膏的厚度和面积方面是有利 的，但不利的是，涂敷到PCB上的焊膏的厚度是被不规则控制的，而 非以固体薄膜形式的粘合剂。另外，液体焊膏的不规则厚度在B阶段 之后仍被保持，从而可能在晶片粘着工艺中导致芯片和PCB之间的倾 斜。此外，导致焊膏从芯片中泄漏的熔体流动现象也可能变得更严重。 在将B-阶段处理型焊膏用于常规封装工艺中的情况下，热量主要被用 于B-阶段处理工艺。因此，在该工艺中半导体应被长时间暴露至高温 和高热下，从而可能发生PCB热变形，这可能会导致在B-阶段处理工 艺之后的芯片粘着工艺过程中的劣质问题。

发明内容
3技术问题
因此，在相关领域中已不断做出了许多努力以解决上述问题，本 发明即在这种技术环境下被设计出。
本发明致力于在半导体封装工艺中均匀地涂敷焊膏至晶圆，通过
减少B-阶段处理所需的时间来缩短工艺时间，以及防止PCB和晶圆产 生热变形，本发明的一个目的在于，提供一种可以实现上述目标的用 于封装半导体的方法。
技术方案
为了实现上述目标，本发明提供了一种用于封装半导体的方法， 该方法包括制备具有l， 500 ~100， 000cps粘性的晶片粘着焊膏；旋转 晶圆并且将所述晶片粘着焊膏涂敷至晶圆的上表面达到 一预定厚度； 以及对涂敷到晶圆上的焊膏作B-阶段处理。
所述B-阶段处理步骤可以如下方式进行，以40 200"C热干燥所 涂敷的焊膏；以40 200X:热干燥所涂敷的焊膏，然后对其照射以基 于UV A波段的100mJ/cm2 ~ 6 J/cm2的紫外线(UV );或者首先以40~ 200 。C热干燥所涂敷的焊膏，然后对其照射以基于UV A波段的 100mJ/cm2 ~ 6J/cm2的紫外线(UV),然后再以40 ~ 2001C二次热干燥 所述晶圆。另外，所述B-阶段处理步骤可以如下方式进行，向所涂敷 的焊膏照射以基于UV A波段的100mJ/cm2 6J/ci^的紫外线(UV ); 或者向所涂敷的焊膏照射以基于UV A波段的100mJ/cm2 6J/cm2的紫 外线(UV)，然后在UV照射步骤之后，以40 2001C热干燥所述焊膏。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图
详细描述本发明的优选实施方案。在描述 之前，应理解的是本说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释 为限于其普遍含义和字典含义，而应基于允许发明人为了最佳说明而 合适地限定术语的原则，基于相应于本发明技术领域的含义和概念进 行解释。
在根据本发明的用于封装半导体的方法中，首先，制备具有 l， 500 ~100， 000cps粘性的晶片粘着焊膏。所述晶片粘着焊膏可使用
4任意通常用于晶片粘着的焊膏。典型地，所述晶片粘着焊膏包括环氧、
丙烯酸盐、柔性剂、uv引发剂、有机填料，以及用于有机填料的分散
溶剂 一一诸如其中混合有挥发溶剂和反应物稀释剂的共溶剂，或者仅 包含有反应物稀释剂的溶剂。关于相关于晶片粘着烊膏的粘性的数值
范围，如果粘性低于下限，则很难涂敷超过20微米厚度的焊膏。与此 同时，如果粘性高于上限，则相对增加稀释剂和其他溶剂的量，这要 求增加热或者UV的温度、时间以及照射，以用于去除多余的粘性，或 者增加B-阶段处理稀释剂或者其他溶剂。另外，B-阶段处理中的问题 也对其上将被涂敷于焊膏的整个产品的可靠性产生不良影响。此外， 如果粘性超过上限，则被涂敷的焊膏的厚度可能会在晶圆中心和晶圆 末端或内部之间产生严重偏离。而且，厚度的变化可能导致在晶片粘 着工艺中的熔体流动、空隙以及晶片破裂等问题，并且其也可能对可 靠性产生不良影响。
接下来，使用旋涂仪将晶片粘着焊膏涂敷到晶圓上达到 一预定厚 度。可通过调整所涂敷的焊膏的粘性和数量以及旋涂仪的速度的方式， 来控制所涂敷的焊膏的厚度。由于晶片粘着焊膏是使用旋涂仪来涂敷 到晶圆上的，因此所述焊膏可以以均匀的厚度被涂敷。
接下来，对涂敷到晶圆上的焊膏作"B-阶段处理"步骤。在该步 骤中，所涂敷的焊膏被以40~ 200匸热干燥。此外，在该步骤中，在 被以40~ 200t:热干燥之后，所涂敷的焊膏可进行基于UV A波段的 100mJ/cm2 ~ 6J/cm2的UV照射工艺。此外，在,皮以40 ~ 200t:热干燥 之后，所涂敷的焊膏可进行基于UV A波段的100mJ/cm2 ~ 6J/cm2的 UV照射工艺，然后再以40 2001C进行二次热干燥。另外，B-阶段处 理步骤可进行基于UV A波段的100mJ/cm2 ~ 6J/cm2的UV照射工艺， 并且在对所涂敷的焊膏进行基于UV A波段的100mJ/cm2 ~ 6J/cm2的 UV照射之后，也可对其进行40~ 200*€的二次热干燥处理。
热干燥处理去除了液体焊膏中残留的挥发性组分，并且将热引发 剂溶解为适合于与反应物发生反应的原子团或者离子。由热引发剂引 发的反应不是完全的熟化反应，但是焊膏应被保持在半熟化状态，从 而在热干燥工艺之后允许晶片粘着。半熟化状态中的焊膏将液体焊膏 保持在均匀厚度，尽量减轻焊膏在晶片粘着工艺中的厚度减少，并且
5防止由于焊膏的熔体流动所导致的PCB上的非预期污染。另外，在引 线键合工艺和环氧模塑工艺中，半熟化焊膏保持焊膏和晶片之间或者 焊膏和PCB之间的粘合力大于一定等级，并且也防止粘合状态的变形。 如果即使在液体焊膏的热干燥工艺之后，焊膏还没有达到某一程度的 半熟化状态，则可能需要更高热量或更长时间来解决该问题。然而， 这可能导致PCB的热变形，从而可能对晶片粘着和可靠性产生不良影 响。因此，为了解决上述问题，采取使用UV照射的B阶段处理工艺。 UV照射工艺有利地允许通过产品颜色、环境和一些冷却设备将被照射 产品的表面温度控制为IOOIC或者更低。另外，如果控制用于UV照射 工艺的UV辐射量和强度，相比于热加热工艺，用于该UV照射工艺的 时间可被缩短至十分之几或百分之几。与此同时，为了使用UV照射工 艺，UV引发剂和UV反应物应存在于液体焊膏中。为了仅使用UV照射 工艺而不使用热干燥工艺进行B-阶段处理，与前一工艺不同，不应该 产生高热量，因而应将液体焊膏中的挥发性溶剂限制为最低值。为此， 有利的是仅使用反应性溶剂而非共溶剂结构，并且也更加有利的是， 使用可借助于UV照射保持半熟化状态的反应性溶剂。有时，可在UV 照射之后附加地进行热干燥工艺。在该情况下，如果由于焊膏被暴露 至具有较大湿度的环境或者半熟化状态不稳定，发生相分离，则进行 热干燥工艺以去除湿气以及更加稳定地保持半熟化状态。在上述五种 类型的B-阶段处理方法中，优选地进行l秒-l小时的热干燥工艺(包 括第一热干燥和第二热干燥)，以取得更好的干燥效率并防止热变形。 在将焊膏直接涂敷至晶圆且然后对其进行B-阶段处理的情况下， 仅当在短时间内以最低温度进行B-阶段处理并防止晶圆热变形劣质 时，可将B-阶段处理应用至热干燥工艺。为此，焊膏内的溶剂使用具 有低沸点和低蒸气压力的材料，或者使用尽管其具有高沸点和高蒸气 压力，但仍能在低温下确保良好反应的反应溶剂。由于前一种溶剂的 挥发性在常温和常压下太强的缘故，因此其应被容纳在密封容器中以 获得液体的稳定性。以这样的方式，即使热干燥工艺是在短时间内以 低温进行的，也可对通过旋涂方式被涂敷到晶圆的背面的焊膏进行B-阶段处理而不损坏该晶圆。另外，在使用UV进行B-阶段处理的情况 下，可通过减少所照射的UV中的红外辐射量，而将UV照射表面中的
6温度降低至最小值。在使用上述方法的现有技术中，通过将uv灯的电 极类型从电弧放电类型改变为微波类型，可将相比于所产生的uv的红
外辐射量减少至20%以下，并且也可同样处理反射器以阻挡紫外线， 使得所产生的红外线的辐射量最小化。相应地，尽管被基于UVA波段 照射以100mJ/cm2 6J/cn^的高能量，照射表面的温度仍可^皮控制为 60X:或者更低，并且处理时间可被相对减少到从1秒到数分钟的范围 内。
相关于热干燥温度的数值范围，如果温度低于下限，则由于热处 理温度太低，焊膏在半熟化状态可能是有很大缺陷的。另外，由于残 留溶剂的量如此之大，在接下来的晶片粘着工艺中可能出现不规则的 焊膏厚度和熔体流动，并且在熟化工艺中在焊膏中形成空隙。如果热 干燥温度超过上限，热干燥温度如此之高而导致晶圆热变形，并且快 速地增加在被涂敷的焊膏中的溶剂的挥发速度，这可能会在焊膏的表 面和内部产生许多大的空隙。
相关于UV波段的数值范围，如果UV波段低于下限，则引发剂的 引发效应被恶化，从而所产生的原子团和离子的数量被减少，与反应 物的反应被延迟。由于该原因，半熟化状态在晶片粘着工艺中是有缺 陷的，其可能导致在熟化工艺中熔体流动或者焊膏中形成空隙，并且 之后也对可靠性产生影响。与此同时，如果UV波段超过上限，引发剂 引起过度引发效应，导致反应迅速加快。另外，液体焊膏被从半熟化 状态改变至完全熟化状态，这可能导致在接下来的晶片粘着工艺中的 内部粘合或者晶片破裂。
接下来，执行将焊膏的已被B-阶段处理的表面上的切割胶带层压， 拾取晶片并且粘着所述晶片等步骤。所述切割胶带层压步骤和晶圆切 割步骤可使用通常在常规半导体封装方法中的任意工艺。此外，将焊 膏的已被B-阶段处理的表面上的切割胶带进行层压的步骤优选地在从 室温到IOOC范围内的温度、以及O. 5 20kgf/cm'的压力下进行。
实施方案
在下文中，将更加详细地解释根据本发明的具体实施方案以便更 好理解。然而，本发明的实施方案可以多种方式被修改，并且它们都
7不限制本发明的范围。本发明的实施方案仅示出给本领域技术人员以 更好地理解本发明。
实施方案1
将液体环氧、固体环氧、丙烯酸反应物、有机/无机填充物、添加
剂、热熟化剂、热引发剂、uv引发剂、反应性溶剂以及挥发性溶剂混 合，并且在室温下使用lrpm旋转速度的轴将其制造为1， 500cps粘性 的晶片粘着焊膏。通过旋涂仪将所制备的晶片粘着焊膏涂敷到正在旋 转的晶圆的上部。将所被涂敷到晶圆上的焊膏以60X:热干燥l小时， 然后对其照射以基于UV A波段的6J/cm2的UV光，并且在室温下对其 进行MT层压。实施方案1中使用的晶圆的厚度与直径之比是 12. 5Mm/iiich。
实施方案2
将液体环氧、固体环氧、丙烯酸反应物、有机/无机填充物、添加 剂、热熟化剂、热引发剂、UV引发剂、反应性溶剂以及挥发性溶剂混 合，并且在室温下使用lrpm旋转速度的轴将其制造为10， 000cps粘性 的晶片粘着焊膏。通过旋涂仪将所制备的晶片粘着焊膏涂敷到正在旋 转的晶圆的上部。将所被涂敷到晶圆上的焊膏以1401C热干燥5分钟， 然后对其照射以基于UV A波段的3J/cm2的UV光，然后再对所述焊膏 以140"C热干燥5分钟。在此之后，在室温下对其进行MT层压。实施 方案2中所使用的晶圆相同于实施方案1中使用的晶圃。
实施方案3
将液体环氧、固体环氧、丙烯酸反应物、有机/无机填充物、添加 剂、热熟化剂、热引发剂、UV引发剂、反应性溶剂以及挥发性溶剂混 合，并且在室温下使用lrpm旋转速度的轴将其制造为100， 000cps粘 性的晶片粘着焊膏。通过旋涂仪将所制备的晶片粘着焊膏涂敷到正在 旋转的晶圆的上部。向所被涂敷到晶圆上的焊膏照射以基于UV A波段 的150J/cm2的UV光，然后再对所述焊膏以180"热干燥10秒钟，然 后在室温下对其进行MT层压。实施方案3中所使用的晶圆相同于实施方案1中使用的晶圆。 比较例1
将液体环氧、固体环氧、丙烯酸反应物、有机/无机填充物、添加
剂、热熟化剂、热引发剂、uv引发剂、反应性溶剂以及挥发性溶剂混
合，并且在室温下使用lrpm旋转速度的轴将其制造为10， 000cps粘性 的晶片粘着焊膏。通过丝网印刷将所制备的晶片粘着焊膏涂敷到晶圆 的上部。将所被涂数到晶圆上的焊膏以IOO"C热千燥I小时20分钟， 然后在室温下对其进行MT层压。比较例1中所使用的晶圆的厚度与直 径之比是50jWinch。
比较例2
将液体环氧、固体环氧、丙烯酸反应物、有机/无机填充物、添加 剂、热熟化剂、热引发剂、UV引发剂、反应性溶剂以及挥发性溶剂混 合，并且在室温下使用lrpm旋转速度的轴将其制造为10， 000cps粘性 的晶片粘着焊膏。通过丝网印刷将所制备的晶片粘着焊膏涂敷到晶圆 的上部。将所被涂敷到晶圆上的焊膏照射以基于UVA波段的6. 5J/cm2 的UV光，然后将所述焊膏以220匸热干燥5分钟，然后在室温下对其 进行MT层压。比较例2中所使用的晶圆相同于比较例1中使用的晶圆。
比较例3
将液体环氧、固体环氧、丙烯酸反应物、有机/无机填充物、添加 剂、热熟化剂、热引发剂、UV引发剂、反应性溶剂以及挥发性溶剂混 合，并且在室温下使用lrpm旋转速度的轴将其制造为500cps粘性的 晶片粘着焊膏。通过旋涂仪将所制备的晶片粘着焊膏涂敷到正在旋转 的晶圆的上部。所被涂敷到晶圆上的焊膏被以IOOX:热干燥1小时20 分钟，然后在室温下对其进行MT层压。比较例3中所使用的晶圆相同 于比较例1中使用的晶圆。
比较例4
将液体环氧、固体环氧、丙烯酸反应物、有机/无机填充物、添加
9剂、热熟化剂、热引发剂、uv引发剂、反应性溶剂以及挥发性溶剂混
合，并且在室温下使用lrpm旋转速度的轴将其制造为200， 000cps粘性的晶片粘着焊膏。通过旋涂仪将所制备的晶片粘着焊膏涂敷到正在
旋转的晶圓的上部。所被涂敷到晶圆上的焊膏被以ioox:热干燥1小
时20分钟，然后在室温下对其进行MT层压。比较例4中所使用的晶圆相同于比较例1中使用的晶圆。
评估焊膏厚度的均匀性
为了在应用根据实施方案1~3和比较实例1~4的封装方法的情况下，评估涂敷到晶圆的焊膏厚度的均匀性，在B-阶段处理之后测量所涂敷焊膏的中部的厚度，然后计算最大厚度和所述中部厚度之间的差值。
评估晶片拾取特性
在晶片拾取工艺中，在切割工艺之后，将晶片/焊膏与安装胶带或者切割胶带分离。假设安装在拾取M/C中的顶出针的数目被固定为9、具有500卿的高度，并且芯片具有lcmx lcm的尺寸、200Wn的厚度，在拾取工艺之后，检查安装胶带和焊膏是否充分分离、焊膏杂质是否仍存留在安装胶带的粘合剂上，以及晶片和焊膏是否分离。此时，所使用的安装胶带是具有30±5gf/in等级的粘合力的SUS304，并且在所使用的晶片拾取装置中，装架工具的拾取时间被控制为大约100~1000 msec。以这样的方式，评估在应用根据实施方案1 ~ 3和比较例1~4的封装方法情况下的晶片拾取特性。
评估晶片粘着特性
使用将所拾取的晶片/焊膏粘着到AUS308类型(Solder ResistAUS308类型)PCB上的过程来评估晶片粘着特性。此时，晶片粘着压力、温度和时间被控制作为装置的过程变量；即，温度被控制在从室温到200X:的范围内，压力被控制在O. 5~10kgf的范围内，时间被控制在0. 1 ~ 3秒的范围内。以这样的方式，评估在应用4艮据实施方案1 ~3和比较例1~4的封装方法的情况下的晶片粘着特性。
10评估MRT特性
在晶片粘着之后，进行熟化，并进行MRT (耐湿性测试)。以175C进行1小时的完全熟化液体焊膏的熟化处理，并且恒定温度和湿度条件是85X:、 60%、 一星期、JEDEC等级12。此外，热冲击的回流条件被设置为具有250TC最高温度的无铅条件。MRT被用于评估对湿度和热量的耐受性，这对于半导体封装产品是需要的。对于这种测试，检测在回流过程之后由于热冲击，在封装产品的晶片和焊膏之间或者焊膏和PCB之间是否存在爆裂现象、晶片破裂或者晶片分层。以这样的方式，评估在应用根据实施方案1 ~ 3和比较例1~ 4的封装方法的情况中的MRT特性。
下面的表1示出了在实施方案1~ 3和比较例1~4中关于焊膏的厚度均匀性、晶片拾取特征、晶片粘着特性和MRT特性的评估结果。
表1
实施方案比较例
1231234
在B-阶段处理 之后所涂敷焊 膏的中部厚度20~ 80陶20~20~ 80卿20~20~ 80陶不大 于 20卿40~ 80卿，不 小于 40Min
在最大厚度和 中部厚度之间 的差值小于小于小于 5 Mm小于 34卿小于小于 5 Mm小于 2 Own
晶片拾取特性好好好坏好好好
晶片粘着特性好好好坏坏好好
MRT特性好好好失败失败失败失败
根据关于应用至DRAM封装的BOC产品的需求，在B-阶段处理之后所涂敷的焊膏的中部厚度应是大约20Mm或者更多。这就产生了这样一个空间，使得在引线鍵合之后，环氧塑模中的玻璃珠可轻易装满残
ii余部分，在此处，在EMC过程中晶片和PCB之间不存在焊膏。换句话说，焊膏应以超过玻璃珠的粒度的更大厚度而被涂敷。参见表1，应理解的是，如果粘性太低，20卿或者以上的厚度不能被轻易保持。另外，正如在特性评估中所解释的，MRT特性允许检测诸如爆裂、晶片破裂和晶片分层之类的现象，根据这些可以确定可靠性。如果所有的测试样品都没有劣质，则测试被认为是成功的。
从表l的结果中，应理解的是，在厚度均勻性、晶片拾取特性、晶片粘着特性和MRT特性方面，实施方案1~3都远远优越于比较例1 ~ 4。
工业实用性
根据本发明的半导体封装方法，可通过替换WBL (晶圆背面层压)薄膜降低成本、将晶片粘着焊膏均匀地涂敷至晶圆，并通过调整所排出焊膏的粘性和剂量以及旋涂仪的速度，自由地控制所涂敷的晶片粘着焊膏的厚度，以及也通过减少B-阶段处理时间缩短工艺时间。
权利要求
1.一种封装半导体的方法，包括制备具有1,500～100,000cps粘性的晶片粘着焊膏；旋转晶圆，并且将所述晶片粘着焊膏涂敷至所述晶圆的上表面达到一预定厚度；然后对涂敷到所述晶圆上的焊膏作B-阶段处理。
2. 根据权利要求1的封装半导体的方法，其中所述B-阶段处理 步骤包括以40 2001C热干燥所涂敷的焊膏。
3. 根据权利要求2的封装半导体的方法，其中所述B-阶段处理 步骤进一步包括在热干燥步骤之后，照射以基于UV A波段的 100mJ/cm2 6J/cm2的紫外线(UV)。
4. 根据权利要求3的封装半导体的方法，其中所述B-阶段处理 步骤进一步包括在所述UV照射步骤之后，以40~ 2001C热干燥所述晶 圆。
5. 根据权利要求1的封装半导体的方法，其中所述B-阶段处理 步骤包括，向所涂敷的焊膏照射以基于UV A波段的100mJ/cm2 ~ 6J/cm2 的紫外线(UV)。
6. 根据权利要求5的封装半导体的方法，其中所述B-阶段处理 步骤进一步包括在UV照射步骤之后，以40 20()1C热干燥所述焊膏。
全文摘要
提供了一种封装半导体的方法，以允许均匀涂覆晶片粘着焊膏，缩短B-阶段处理时间，以及提高晶片拾取特性和晶片粘着特性。该方法包括制备具有1,500～100,000cps粘性的晶片粘着焊膏；旋转晶圆，并且将所述晶片粘着焊膏涂敷至所述晶圆的上表面达到一预定厚度；然后将涂敷到所述晶圆上的焊膏作B-阶段处理。该方法使得可以通过替换WBL(晶圆背面层压)薄膜来降低成本，将晶片粘着焊膏均匀地涂敷至晶圆，并通过调整所排出焊膏的粘性和剂量以及旋涂仪的速度，自由地控制所涂敷的晶片粘着焊膏的厚度，以及也通过减少B-阶段处理时间缩短工艺时间。
文档编号H01L21/60GK101689514SQ200780052268
公开日2010年3月31日 申请日期2007年10月25日 优先权日2007年1月19日
发明者姜炳彦, 徐準模, 成太铉, 玄淳莹, 金载勋, 魏京台 申请人:Lg伊诺特有限公司