半导体芯片切割胶带减粘方式

2020-01-09庄晓莎徐玉祥共同一作

科学技术创新 2020年22期

庄晓莎徐玉祥（共同一作）

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州510700）

在制作半导体芯片的过程中，对半导体晶圆切割获得半导体芯片是必要的步骤，为保证芯片的生产良率和效率，常常使用半导体芯片切割胶带进行保护、固定和托载芯片。半导体芯片切割胶带需要满足切割时能够牢固粘接晶圆和芯片，且在切割完成后又便于芯片的剥离和拾取。传统的拾取工艺在切割芯片完成后，采用顶针直接将切割后的芯片从切割胶带顶起拾取，这种拾取方式在芯片较薄或尺寸较大时，容易导致拾取时芯片破碎。为了适应更多的技术诉求，随后开始探索半导体芯片减粘切割胶带。减粘方式分为UV 减粘、加热减粘、温度控制减粘（冷却）、溶解减粘等多种方式。本文介绍半导体芯片切割胶带的减粘方式。

1 UV 减粘

作为同时要求具有粘性且易剥离两种功能的半导体芯片切割胶带，广泛使用紫外线固化型压敏粘合层。通过紫外线照射使粘合剂层固化来降低粘合强度，使芯片可以牢固地保持，并且还可以容易地拾取芯片，这种属于UV 减粘的方式。

由于丙烯酸体系是常见的UV 固化体系，对于UV 减粘树脂的研究主要集中在丙烯酸体系。Kazuyoshi Ebe 等[1]研究了PSA 中含有双官能的聚氨酯丙烯酸酯低聚物UDA，UV 照射后，形成网状结构，体积收缩较大，在胶粘剂和芯片之间的界面产生微孔，导致胶粘剂松脱。Katsuhiko Horigome 等[2]研究了采用三官能或更高丙烯酸单体，相对于二官能丙烯酸单体来说，更利于降低UV 照射后的剥离力。

通过UV 激发树脂体系形成交联结构降低粘性以外，还有通过UV 激发产生气体减粘的方法。CN1592953A[3]披露了粘结片中包含靠紫外线激发产生气体的偶氮化合物构气体产生剂，在分离工序中，仅对要从支承板分离的半导体芯片照射紫外线，可以安全、可靠并且容易地进行半导体芯片的拾取，在半导体芯片上不产生破裂和破碎等的破损、变形。

在满足高粘接性和高剥离性的前提下，为了追求其他的性能，现有技术中不乏存在其他树脂体系。CN102311711A[4]披露了粘合剂含有活性能量射线固化型的聚合物，该聚合物为使含羧基聚合物与含噁唑啉基单体反应而得到、或者为使含噁唑啉基聚合物与含羧基单体反应而得到，该粘合剂对环境、人体的影响小、容易处理，且能够使粘合性在活性能量射线照射前后产生很大变化，活性能量射线照射前能够显示高粘合性，活性能量射线照射后能够显示高剥离性。

UV 减粘的方式是半导体芯片切割胶带的主流的减粘方式，UV 减粘具有紫外固化的优点，固化速度快，生产效率高，能量利用率高，但是UV 交联型树脂交联后粘合强度变化很大，需要辐射照射装置，维护成本高，也存在对具有非常强的UV 记忆功能的部件受损的风险。

2 加热减粘

加热减粘是通过在胶粘剂中添加发泡剂、热交联剂等方式，或者通过树脂本身热敏感特性来实现加热之后降低粘接力的一种减粘方式。下面介绍几种常见的加热减粘胶粘剂。

添加热膨胀颗粒作为发泡剂是实现加热减粘的常规方法。例如FSK 株式会社在JP6317981A[5]中公开了在半导体芯片切割胶带中添加可热膨胀的化合物，从而实现加热减粘，提高了拾取性。

另一种常见的手段，是通过添加热交联剂或热引发剂实现加热减粘的方法。针对含有热膨胀性微球和层状硅酸盐的热膨胀性粘合剂层的热剥离型粘合片，不能在加热时仍然保持粘合剂自身性能的技术问题，以及现有的热剥离粘合片和带无法充分解决切割时的高温气氛下的粘合性不足，导致的所谓的“芯片飞散”等所引起的成品率降低的问题。JPH1025456A[6]公开了可热固化的化合物作为粘合剂层与热聚合引发剂共混，通过加热降低粘合力。

同样，加热减粘方式对胶带以及部件的耐热性要求提出更高的要求，以及在切割过程中和加热减粘时所产生的热量与胶带和粘结部件的高温下性能的保持之间的平衡是研究的重点之一。

3 其他减粘方式

UV 减粘和加热减粘之外，还存在一些其他的减粘方式，包括利用通过降温、控制温度范围减粘、溶解减粘、浸水脱胶减粘等。

通过降温减粘的方式拾取半导体芯片时，通常通过冷却的方式在0℃～-50℃下使切割胶带和半导体芯片剥离。这种方法，切割后的半导体芯片处于低温状态，缺点是需要大量的冷却系统和大量的能量。针对这种情况，JPH07263381A[7]提出了一种粘合剂在高于熔点的温度下具有高粘合性和低于熔点的低粘合性，压敏粘合剂具有梳形聚合物结构，并且聚合物的侧链碳数可以为8 或更多，和具有至少50 重量%的具有12 个或更多个碳原子的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或其混合物制成，从而实现控制温度实现剥离的目的。

常规的方法仍然存在压敏粘合片或固定力不足、难以拾取芯片、晶片的表面或表面被粘合剂污染，并且粘合强度的变化是不可逆的，存在诸如压敏粘合片是一次性使用的成本问题。JP2003119434A[8]提出固定强力粘附物如晶片以在近室温下施加强粘合强度，当被粘物加热时粘附力降低可以通过弱力轻易除去，由于温度的变化导致粘合性能发生可逆的变化，在不改变粘合性能的情况下实现反复剥离，并且剥离粘合剂后的粘合剂几乎没有污染到被粘物。

对于溶解减粘，JP2016174182A[9]提出了切割胶带包括基材、第一树脂层和第二树脂层（粘合剂层），将半导体晶片附着到切割胶带的第二树脂层侧的状态，其中靠近基材膜的第一树脂层具有对碱性显影剂或有机物，溶剂溶解速率比距离基材膜较远的第二树脂层的溶剂快，通过在切割步骤之后使用碱性显影剂或有机溶剂显影来去除第一树脂层或部分第一树脂层以实现剥离。