半導體芯片切割膠帶減粘方式

莊曉莎 徐玉祥（共同一作）

（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州510700）

在制作半導體芯片的過程中，對半導體晶圓切割獲得半導體芯片是必要的步驟，為保證芯片的生產良率和效率，常常使用半導體芯片切割膠帶進行保護、固定和托載芯片。半導體芯片切割膠帶需要滿足切割時能夠牢固粘接晶圓和芯片，且在切割完成后又便于芯片的剝離和拾取。傳統(tǒng)的拾取工藝在切割芯片完成后，采用頂針直接將切割后的芯片從切割膠帶頂起拾取，這種拾取方式在芯片較薄或尺寸較大時，容易導致拾取時芯片破碎。為了適應更多的技術訴求，隨后開始探索半導體芯片減粘切割膠帶。減粘方式分為UV 減粘、加熱減粘、溫度控制減粘（冷卻）、溶解減粘等多種方式。本文介紹半導體芯片切割膠帶的減粘方式。

1 UV 減粘

作為同時要求具有粘性且易剝離兩種功能的半導體芯片切割膠帶，廣泛使用紫外線固化型壓敏粘合層。通過紫外線照射使粘合劑層固化來降低粘合強度，使芯片可以牢固地保持，并且還可以容易地拾取芯片，這種屬于UV 減粘的方式。

由于丙烯酸體系是常見的UV 固化體系，對于UV 減粘樹脂的研究主要集中在丙烯酸體系。Kazuyoshi Ebe 等[1]研究了PSA 中含有雙官能的聚氨酯丙烯酸酯低聚物UDA，UV 照射后，形成網狀結構，體積收縮較大，在膠粘劑和芯片之間的界面產生微孔，導致膠粘劑松脫。Katsuhiko Horigome 等[2]研究了采用三官能或更高丙烯酸單體，相對于二官能丙烯酸單體來說，更利于降低UV 照射后的剝離力。

通過UV 激發(fā)樹脂體系形成交聯(lián)結構降低粘性以外，還有通過UV 激發(fā)產生氣體減粘的方法。CN1592953A[3]披露了粘結片中包含靠紫外線激發(fā)產生氣體的偶氮化合物構氣體產生劑，在分離工序中，僅對要從支承板分離的半導體芯片照射紫外線，可以安全、可靠并且容易地進行半導體芯片的拾取，在半導體芯片上不產生破裂和破碎等的破損、變形。

在滿足高粘接性和高剝離性的前提下，為了追求其他的性能，現(xiàn)有技術中不乏存在其他樹脂體系。CN102311711A[4]披露了粘合劑含有活性能量射線固化型的聚合物，該聚合物為使含羧基聚合物與含噁唑啉基單體反應而得到、或者為使含噁唑啉基聚合物與含羧基單體反應而得到，該粘合劑對環(huán)境、人體的影響小、容易處理，且能夠使粘合性在活性能量射線照射前后產生很大變化，活性能量射線照射前能夠顯示高粘合性，活性能量射線照射后能夠顯示高剝離性。

UV 減粘的方式是半導體芯片切割膠帶的主流的減粘方式，UV 減粘具有紫外固化的優(yōu)點，固化速度快，生產效率高，能量利用率高，但是UV 交聯(lián)型樹脂交聯(lián)后粘合強度變化很大，需要輻射照射裝置，維護成本高，也存在對具有非常強的UV 記憶功能的部件受損的風險。

2 加熱減粘

加熱減粘是通過在膠粘劑中添加發(fā)泡劑、熱交聯(lián)劑等方式，或者通過樹脂本身熱敏感特性來實現(xiàn)加熱之后降低粘接力的一種減粘方式。下面介紹幾種常見的加熱減粘膠粘劑。

添加熱膨脹顆粒作為發(fā)泡劑是實現(xiàn)加熱減粘的常規(guī)方法。例如FSK 株式會社在JP6317981A[5]中公開了在半導體芯片切割膠帶中添加可熱膨脹的化合物，從而實現(xiàn)加熱減粘，提高了拾取性。

另一種常見的手段，是通過添加熱交聯(lián)劑或熱引發(fā)劑實現(xiàn)加熱減粘的方法。針對含有熱膨脹性微球和層狀硅酸鹽的熱膨脹性粘合劑層的熱剝離型粘合片，不能在加熱時仍然保持粘合劑自身性能的技術問題，以及現(xiàn)有的熱剝離粘合片和帶無法充分解決切割時的高溫氣氛下的粘合性不足，導致的所謂的“芯片飛散”等所引起的成品率降低的問題。JPH1025456A[6]公開了可熱固化的化合物作為粘合劑層與熱聚合引發(fā)劑共混，通過加熱降低粘合力。

同樣，加熱減粘方式對膠帶以及部件的耐熱性要求提出更高的要求，以及在切割過程中和加熱減粘時所產生的熱量與膠帶和粘結部件的高溫下性能的保持之間的平衡是研究的重點之一。

3 其他減粘方式

UV 減粘和加熱減粘之外，還存在一些其他的減粘方式，包括利用通過降溫、控制溫度范圍減粘、溶解減粘、浸水脫膠減粘等。

通過降溫減粘的方式拾取半導體芯片時，通常通過冷卻的方式在0℃～-50℃下使切割膠帶和半導體芯片剝離。這種方法，切割后的半導體芯片處于低溫狀態(tài)，缺點是需要大量的冷卻系統(tǒng)和大量的能量。針對這種情況，JPH07263381A[7]提出了一種粘合劑在高于熔點的溫度下具有高粘合性和低于熔點的低粘合性，壓敏粘合劑具有梳形聚合物結構，并且聚合物的側鏈碳數(shù)可以為8 或更多，和具有至少50 重量%的具有12 個或更多個碳原子的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或其混合物制成，從而實現(xiàn)控制溫度實現(xiàn)剝離的目的。

常規(guī)的方法仍然存在壓敏粘合片或固定力不足、難以拾取芯片、晶片的表面或表面被粘合劑污染，并且粘合強度的變化是不可逆的，存在諸如壓敏粘合片是一次性使用的成本問題。JP2003119434A[8]提出固定強力粘附物如晶片以在近室溫下施加強粘合強度，當被粘物加熱時粘附力降低可以通過弱力輕易除去，由于溫度的變化導致粘合性能發(fā)生可逆的變化，在不改變粘合性能的情況下實現(xiàn)反復剝離，并且剝離粘合劑后的粘合劑幾乎沒有污染到被粘物。

對于溶解減粘，JP2016174182A[9]提出了切割膠帶包括基材、第一樹脂層和第二樹脂層（粘合劑層），將半導體晶片附著到切割膠帶的第二樹脂層側的狀態(tài)，其中靠近基材膜的第一樹脂層具有對堿性顯影劑或有機物，溶劑溶解速率比距離基材膜較遠的第二樹脂層的溶劑快，通過在切割步驟之后使用堿性顯影劑或有機溶劑顯影來去除第一樹脂層或部分第一樹脂層以實現(xiàn)剝離。

4 結論

對半導體芯片切割膠帶的減粘方式的研究是改善拾取性的重要研究方向之一。為了適應芯片小型化、薄型化或者尺寸增大的技術需要，拾取性和粘接力的平衡，防止切割碎屑、無殘膠、抗翹曲、抗靜電性、耐熱、耐濕/潮均是對半導體芯片切割膠帶的更高的性能要求。