毕晓博 徐玉祥

摘要：全球半导体制造工业进入蓬勃发展阶段，激发了芯片接合用胶粘材料的研发热情。采用VEN专利数据库中全面检索、人工标引等手段筛选出涉及芯片接合用胶粘材料的全球专利申请，并对该领域的全球专利申请趋势、申请人分布及排名进行了统计分析，重点归纳了基于环氧树脂基体、丙烯酸系基体、聚酰亚胺基体的芯片接合用胶粘材料的专利技术。

关键词：芯片接合;环氧树脂;丙烯酸;聚酰亚胺

中图分类号：TQ314 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）09-0115-03

1 引言

进入21世纪以来，全球半导体制造工业进入了蓬勃发展阶段。在半导体晶片加工工艺中，半导体晶片通常是以大直径的状态制造，随后以预先粘贴了接合材料的状态进行切割、拾取等工艺后，再转入下一步的贴装工艺。在半导体晶片加工初期，银膏为用于将半导体芯片接合到支撑构件的主流材料，其可实现半导体芯片的临时压接，具有优异的生产率，并具有良好的散热性。然而，随着半导体器件的小型化、高性能化发展，半导体晶圆配线图案的微细化亦不断进展，银膏在半导体芯片接合中存在难以实现对粘合厚度、涂布位置、缝隙填充和空隙抑制的控制的问题日益凸显。为了应对这种需求，研发人员开始了对芯片接合用胶粘材料的研究。

笔者作为胶黏剂领域专利审查员基于掌握芯片接合用胶粘材料的现有技术状况的目的，沿用了在先参与研究的“用于半导体芯片加工的胶粘材料专利技术综述”一文中的检索、标引方法筛选出涉及芯片接合用胶粘材料的全球专利申请，分析得出芯片接合用胶粘材料的技术发展状况，以期为研发人员对芯片接合用胶粘材料提供参考。

2 专利申请数据分析

2.1专利申请趋势分析

图1为芯片接合用胶粘材料的全球专利申请趋势。从图1可以具体发现，涉及芯片接合用胶粘材料的全球专利申请始于1986年，申请量整体呈上升趋势，2000年之前仅涉及3件相关专利申请，这是因为这一阶段银膏为芯片接合的主流材料，并未显现对芯片接合用胶粘材料的需求。2000年之后随着半导体行业的快速发展，银膏用于芯片接合中存在的问题日益凸显，由此对芯片接合用胶粘材料的需求日益增加，激发了研发人员的研发热情。自2001年起，相关申请量迅速增长，其中，2009年申请量高达31件。

2.2 申请人分布

针对芯片接合用胶粘材料的全球专利申请进行统计分析，申请人地域分布主要集中在日本，占比90.5%，其次为韩国，占比7.0%，其它国家仅占比2.5%，涉及芯片接合用胶粘材料的中国专利申请则寥寥无几。其中，日东电工的申请量位居第一，为108件，其次为日立，申请量为90件，古河电气占位第三，申请量为26件。由此可见，日本，尤其是日东电工、日立的研发水平处于芯片接合用胶粘材料领域的领先地位。

3 芯片接合用胶粘材料的种类

作为用于半导体晶片的切割工艺至拾取工艺再至贴装工艺中使用的芯片接合用胶粘材料，不仅需要在切割工艺中对半导体晶片具有充分粘着力、良好的切割性，还要求在拾取时能够实现良好的剥离、无残胶，并能够实现在贴装工艺中的安装可靠性。贴装工艺中的安装可靠性主要包括耐湿耐温可靠性、耐回流焊性能、导热散热性、绝缘可靠性、电路的凹凸填充性、避免翘曲收缩带来的芯片损坏、耐腐蚀性等。

针对芯片接合用胶粘材料的全球专利申请进行统计分析，用作芯片接合用胶粘材料的主体树脂可分为四类：环氧树脂基体;丙烯酸系基体;聚酰亚胺基体;其它种类。

3.1 环氧树脂基体

环氧树脂胶对多种材料均具有黏附性、胶接强度高，耐化学品和大气腐蚀，并具有优良的绝缘性，且固化体积收缩率小，以环氧树脂为基体的胶粘材料为目前应用最为广泛的芯片接合用胶粘材料。

US2003/0049883A1公开了一种可以实现低温芯片贴装的芯片接合用膠粘材料，其含有100重量份的缩水甘油醚环氧树脂、10-50重量份的环氧树脂固化剂、10-50重量份的苯氧基树以及50-80重量百分比的球形二氧化硅，并且粘合层为100μm或更厚。由于包含适量的球形二氧化硅，其在半导体封装中可兼顾耐热循环特性和耐吸湿回流特性，并且兼顾芯片粘附特性和切割性。

出于兼顾切割工艺中的切割性以及贴装工艺中的电路凹凸填充性、并均衡加工性的目的，JP2009120830A公开了一种芯片接合用胶粘材料，其含有三种或更多种结构不同的环氧树脂作为树脂组分，其中一种为结晶环氧树脂。通过含有结晶性环氧树脂，胶粘材料在室温下的粘着强度不会太高，预期在高温下也是高度流动的，由此可填充布线不均匀性。并且，通过进一步包含硬质填料，可有利于切割期间不将树脂留在旋转刀片上，并可在短时间内有利地切割粘合片。

为了简化半导体晶片的加工工艺，JP2009041030A公开了一种在切割工艺中可以用作切割带、半导体芯片和支撑构件接合过程中又可同时用作芯片接合膜的两用粘合片，其包含（A）可热聚合的组分、（B）热塑性树脂、（C）在150-750 nm光的照射下产生碱的咪唑鎓盐化合物，所述（A）可热聚合组分可使用环氧树脂，优选一起使用环氧树脂固化剂。由此，可以简化制造工艺，并同时具有优异的有防潮性和可加工性。

随着半导体器件的小型化、高性能化、高容量发展，避免由薄型晶圆收缩翘曲导致的晶圆损坏也成为了研发人员面对的技术问题之一。TW201800521A公开了一种芯片接合用胶粘材料，其含有环氧树脂、环氧树脂硬化剂、苯氧树脂及氮化铝填充剂，其中，氮化铝填充剂的含量为30-60体积百分比。由此可减少晶圆收缩翘曲导致的晶圆损坏并获得了高导热性能。

3.2 丙烯酸系基体

丙烯酸系胶黏剂具有原料来源充足，无毒、无污染、附着力高、固化快的特性，其可规避环氧树脂胶脆性大的缺陷。以丙烯酸系聚合物为基体的胶粘材料同样被用于芯片接合过程中，其相关专利申请量仅次于基于环氧树脂基体的芯片接合用胶粘材料。

基于现有技術中于芯片接合用胶粘材料中混合高分子量线性聚合物组分提高吸湿耐热可靠性的同时会导致拾取性能变差、芯片发生翘曲的技术问题，JP2010114433A公开了一种芯片接合用胶粘材料，其含有星形丙烯酸类共聚物。这种星形丙烯酸类共聚物具有高流动性，与重均分子量相等的线性聚合物相比，具有更低的粘度，更优异的填充性能，吸湿耐热可靠性也提高，使用其作为芯片接合薄膜整体可以实现高流动性和防潮性。

出于均衡半导体晶片加工中的作业性、安装可靠性，CN102676093A公开了一种芯片接合用胶粘材料，其含有重均分子量50万以上的含有缩水甘油基的丙烯酸类共聚物（a）和酚醛树脂（b），其中，含有缩水甘油基的丙烯酸类共聚物（a）的含量相对于酚醛树脂（b）的含量的重量比为5以上且30以下，并且实质上不含有重均分子量5 000以下的环氧树脂。其获得的芯片接合用胶粘材料在固化前后可以得到充分的胶粘力和高温下的弹性模量，作业性良好，并且在芯片接合薄膜与被粘物的边界处不积存气泡，且在耐湿回流焊接试验中具有高的可靠性。

JP2013023685A则提供了一种能够捕获在半导体器件的生产过程中从外部进入的阳离子的芯片接合用胶粘材料，其包括：重均分子量为800 000或更高的丙烯酸树脂、环氧树脂和酚醛树脂中的至少一种、与金属离子形成络合物的络合剂。其获得的芯片接合膜可防止半导体器件的电特性的降低，从而提高产品可靠性。

3.3 聚酰亚胺基体

以环氧树脂为基体的芯片接合用胶粘材料多是通过添加导热填料来改善耐热性，从而适应引线接合或贴装工艺的高温处理步骤，相对于此，聚酰亚胺本身即具有优异的耐热性、耐化学性和机械强度，且抗冲击性能优于环氧树脂。

基于保证高温下的粘合特性以及耐焊料回流特性的目标，JP2002256236A公开了一种芯片接合用胶粘材料，其包含聚酰亚胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂和固化促进剂。继而，JP2005206737A公开了一种耐热性、粘合性优异的既可用作切割薄膜又可用作芯片接合薄膜的两用胶粘材料，其包含（A）通过脂族二胺与四羧酸二酐反应获得的热塑性聚酰亚胺、（B）热固性树脂和（C）可辐射聚合的化合物。其厚度均匀、粘合强度高、剪切强度性能优异、且能承受苛刻的湿热条件，相对于环氧树脂基体的芯片接合膜具有更高的抗冲击性、耐热性。

随后，为了实现解决耐热性、安装可靠性的基础上，并进一步赋予导电性，CN108473831A公开了一种适合用作将半导体芯片接合于引线框的元件承载部上或者绝缘基板的回路电极部上的导电接合材料，其包含金属粒子（Q）、包含1分子中具有2官能以上的亚胺基的马来酰亚胺的树脂（M）、以及有机膦类（A）和规定的硫醚系化合物（B）中的至少一者，在烧结后的状态下测定的1Hz时的储能弹性模量为20GPa以下，并且在氮气氛围下于250℃加热2小时的加热重量减少率低于1%。由此，其能够实现无铅化、并且获得了接合以及烧结后的耐热性与安装可靠性。

3.4 其它种类

除了基于环氧树脂基体、丙烯酸系基体、聚酰亚胺基体的芯片接合用胶粘材料的使用之外，研发人员还提出了其它基体的使用，具体包括：聚碳化二亚胺基体、聚酯类热塑性树脂基体、酚醛树脂基体、聚二甲基硅氧烷基体、聚碳酸酯基体等。

JP2004288730A公开了基于聚碳化二亚胺的芯片接合用胶粘材料，可保证半导体芯片和电极构件之间的接合强度，并获得优异的可靠性、加工性和生产率。US7863758B2公开了基于聚酯类热塑性树脂的芯片接合用胶粘材料，在高温下显示出高的流动性、高可靠性和可加工性。US8211540B2公开了基于酚醛树脂的芯片接合用胶粘材料，其具有提高的剪切强度、并获得了高可靠性。WO2016031551A1公开了一种包含金属颗粒和聚二甲基硅氧烷的芯片接合用胶粘材料，其耐热性优异、应力缓和性优异、且具有高导电性、高的接合强度。JP2017171981A公开了一种含有铜颗粒和聚碳酸酯的芯片接合用胶粘材料，其提高了所制造的接合体的屈服比和热粘接。

4 总结与展望

全球半导体制造工业进入蓬勃发展阶段，芯片接合用胶粘材料为半导体晶片加工制造中使用的重要辅助材料，近20年来研发人员对这一领域的研发热情持续快速增长。日本申请量占专利申请总量的90%，日本尤以日东电工为首的日本企业为这一领域的领军创新主体，专利布局也相对完善，然而国内涉及芯片接合用胶粘材料的研究却寥寥无几。在当前国内通信巨头中兴、华为通讯频频遭到美国制裁的国际环境下，国内芯片制造工业已经进入了迫切需要自主研发核心技术的阶段。国内企业、研发机构可尝试通过消化和吸收现有技术的基础上，在赋予芯片接合用胶粘材料功能性的方向上进行探索、研究，以求在这一领域的专利布局中争得一席之地。