芯片键合技术：连接未来的桥梁-1

作为半导体制造的后期环节，封装工艺涵盖了诸如背面研磨、划片、芯片键合、引线键合以及成型等多个关键步骤。这些步骤的顺序可随着封装技术的发展而灵活调整，彼此间可以相互融合或合并。在前期的内容中，我们已对划片工艺进行了详细解读。本期，我们将聚焦于芯片键合工艺，此工艺在划片之后，负责将切割自晶圆的芯片精确粘贴至封装基板——无论是引线框架还是印刷电路板。

 键合技术，在半导体制造领域，是指将晶圆芯片牢固地附着到基板上的过程。这一工艺分为传统和现代两大类。传统键合包括芯片键合，亦称芯片贴装，以及引线键合；而现代技术则包括了IBM在20世纪60年代末发明的倒装芯片键合。倒装芯片键合技术结合了芯片键合和引线键合的特点，通过在芯片的焊盘上制造凸点（Bump），实现芯片与基板的高效连接。

 恰似一辆汽车的发动机源源不断地为车身供应能量，芯片的键合工艺通过将半导体元件稳固地连接到引线框架或电路基板上，保障了芯片与外界的电气连接畅通无阻。在键合工序结束后，还需确保封装完毕的芯片具备抵抗一定物理冲击的能力，并能高效地散去产生的热量。在特定条件下，还必须维持其持久的导电性或者实现优异的绝缘性能。从这个角度看，随着芯片尺寸的日益缩小，键合技术的重要性亦日益凸显。

 在芯片封装的过程中，第一步是确保在封装基板上均匀地覆盖一层粘合材料。接着，将芯片的正面朝上放置在基板表面。相对而言，倒装芯片的键合技术则显得更为复杂。这一步骤首先在芯片的焊盘上焊接上细小的焊球。然后，将芯片翻转，使其底部朝下，稳妥地放置在基板上。在这两种键合技术中，组装好的组件将进入一个叫做温度回流的专用流程。这个流程能够随着时间的变化调整温度，以便使粘合剂或焊球融化。待冷却固定后，芯片（或焊球）便稳固地附着在了基板上。

 3. 在半导体制造工艺中，有一个至关重要的步骤被称为“拾取与放置”。这个步骤包括从胶带卷轴上逐粒分离出成百上千的微芯片，这个过程就叫做“拾取”。紧接着，我们使用柱塞设备，从晶圆上精确地选取出经过检验的优质芯片，并将它们放置到封装基板的预定位置，这一动作被称为“放置”。这两个核心步骤合在一起，形成了“拾取与放置”这一系列动作，并在专门的固晶设备中得以精确执行。在所有合格的芯片完成组装后，那些未能被取下的次品芯片将留在原胶带上，最终在回收阶段一并被淘汰。为了对芯片进行高效分类，我们会在晶圆映射数据库中记录每片晶圆的检验结果，包括是否合格。

 在完成划片作业的后续步骤中，芯片被精确分割成独立单元，并巧妙地附着在专用的切割带上。但在此阶段，单独提取这些平铺在切割带上的芯片是一项挑战。即便运用真空吸拾技术，操作仍显得吃力；若不慎用力过猛，芯片很容易遭受机械损害。

 在这个操作过程中，我们推荐采用“推升”技术，通过顶升设备对特定芯片实施恰当的机械推力，使其稍微超出其他芯片，以便于我们能够轻易地将其取出。在实现芯片底部的推升之后，我们使用带有柱塞的真空吸取工具从上端吸取芯片。此外，我们还需利用真空吸取工具拉起切割胶带的底部，以保证晶圆表面维持其平整度。

 芯片键合技术中，环氧树脂因其卓越的粘接特性，成为了连接芯片的关键材料，备受推崇。在处理大规模密封封装时，金、银或镍合金等合金材料展现出了卓越的性能。同时，焊料、金属基糊剂（Power Tr）以及聚合物如聚酰亚胺也是连接芯片的实用选择。在聚合物材料领域，含有银的环氧树脂糊状物或液体因其操作简便和频繁使用而广受欢迎。

 在实施芯片键合的过程中，环氧树脂的用量虽少，却可精确施于基板之上。将芯片安置于基板后，借助回流或固化工艺，在150°C至250°C的温度范围内，环氧树脂得以硬化，进而牢固地将芯片与基板结合。然而，若环氧树脂的厚度波动，因膨胀系数的差异，可能导致翘曲现象，进而引发弯曲或变形。因此，尽管微量使用环氧树脂有其优势，但其在使用过程中仍可能引发各种翘曲问题。

 由此可见，晶片粘合膜技术（简称DAF）在最近几年受到了广泛关注。尽管这种技术的费用不低，且操作上相对繁琐，但其便捷的使用特性以及显著降低工艺复杂度的能力，使得其应用范围正在不断拓展。

 1. 芯片键合工艺中，晶片黏结薄膜（DAF）的应用尤为关键。这种薄膜附着于晶粒底部，与高分子材料相比，其优势在于能够将厚度精确调控至极小且稳定的水平。DAF不仅用于芯片与基板间的键合，更在芯片与芯片的键合中扮演重要角色，助力多晶片封装（MCP）的形成。换言之，DAF在芯片切割完成后紧密粘附于芯片表面，随后在键合过程中发挥其关键作用。

 深入剖析芯片的核心结构，我们发现位于基座的支撑层DAF承担着维系芯片稳定的关键角色，同时，切割过程中使用的特殊胶带以其微弱的粘着力紧紧地固定了底部的DAF。在这种布局下，当进行芯片的键合操作时，必须先移除切割胶带和DAF，随后迅速将晶圆安置在基板上，而无需使用环氧树脂。由于此过程中省去了点胶步骤，环氧树脂的优劣性自然不再成为关注的焦点，我们的注意力集中在了对DAF优缺点的探讨上。

 实施动态空气过滤（DAF）过程中，薄膜可能会遭受空气渗透，引发形变等故障。因此，确保DAF设备的高精度变得至关重要。尽管面临这些难题，DAF技术依然受到青睐，这主要归功于其简化操作流程、增强厚度一致性的特点，从而大幅减少产品瑕疵，极大地提升了生产效能。

 在芯片键合作业中，基板的材质选择，无论是采用引线框架还是印刷电路板，对键合操作的方向有着至关重要的影响。回顾过去，以PCB为基础的基板因其在小规模批量封装生产中的适用性而备受青睐。随着键合技术的进步，处理粘合剂温度控制的方法也在不断发展。其中，热粘接和超声波粘接等键合技术引起了广泛关注。随着集成技术的不断提高，封装工艺正朝着超薄化的方向发展，封装技术也呈现出多样化的态势。在接下来的探讨中，我们将揭开另一种封装技术——引线键合——的神秘面纱。

 传统技术与前沿技术。在传统技术中，我们称之为芯片贴片（Die Bonding）和引线连接（Wire Bonding），每种方法都有其特有的结合机理；而在前沿技术领域，倒装芯片连接（Flip Chip Bonding）以其独到的芯片与基板结合策略，独树一帜。

 在芯片键合环节，我们首先在基板上均匀涂布粘接剂，然后小心翼翼地将芯片放置上去。对于采用倒装技术的芯片，还需额外执行粘贴微小凸起的操作。接着，芯片将被送入温度回流通道，在那里粘接剂或焊球会熔化，并在冷却后固化。在固晶机上，芯片的取用和放置是至关重要的操作。借助柱塞，我们从晶圆上挑选出符合标准的芯片，并将它们准确放置到基板上。根据晶圆的检测结果，我们将合格的芯片分类，而不合格的芯片则在回收环节中被淘汰。为了解决从切割胶带中取出芯片时容易损坏的问题，我们采用了芯片顶出技术，通过施加适当的力量，使芯片略微下陷，从而实现轻松的拾取。

 在芯片连接环节，粘合剂的挑选种类繁多。环氧树脂凭借其简便的操作性备受青睐，但它的厚度控制不稳定，往往引发翘曲难题。相对的，晶片连接膜（DAF）尽管价格偏高，操作也相对繁琐，却可以实现非常精确的微小厚度控制。这种薄膜不仅适用于芯片与底板间的连接，还能用于芯片间连接，形成多芯片模块。它有助于简化工艺流程，增强厚度的均匀性，降低不良品率，并加快生产进度。然而，在应用中，部分空气可能穿透薄膜，引发变形，这就对设备的精度提出了更高要求。另外，不同基板在芯片连接时的摆放角度差异明显。随着键合技术的不断创新，烘干粘合剂的热处理曲线也在持续优化，包括加热连接和超声波连接等多种技术。随着集成电路技术的持续进步，封装技术正朝着更薄和更多样化的趋势发展。