CN101350296A - 一种晶圆背电极的制作方法及其晶圆 - Google Patents
一种晶圆背电极的制作方法及其晶圆 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种在背面采用丝网印刷涂覆了粘合剂的晶圆及其背电极的制作方法，制作步骤包括准备晶圆，并在后续步骤中保持晶圆平坦；采用丝网印刷在晶圆背面涂覆粘合剂并烘干；将涂覆好粘合剂的晶圆放到划片蓝膜上；分离；粘结并固化已分离的晶圆五个步骤。本发明消除了晶圆制作中易出现的镶边现象，粘结浆料的用量减少了1/3，粘结桨料成本大幅度降低了10％左右；并且保障了芯片背面电极涂覆表面的平整，易于切割划片，保证了晶圆在共晶焊线时芯片电极结合的强度，大大节约了生产的时间成本。本发明所述的背面涂覆粘合剂的晶圆，可以长期保存，提高了对存货的质量控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶圆背电极的制作方法及其晶圆，特别是指一种采用丝网印刷在晶圆背面涂覆粘合剂的方法。
背景技术
晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的IC产品。随着电子产品的快速发展，晶圆被广泛应用于制作FH431电压基准电源和功率MOS器件等，主要应用于电脑主板、电压监控器、电压基准电源、开关电源(参考电压)、充电器等消费电子领域。在追求电脑CPU低电压电源、降低损耗缩小体积的便携式电源方面，FH431型可调电压基准电源及功率MOS器件成为重要的半导体功率器件。这些新的超小型表面贴装形式，如SOT-23、SC-59等功率MOS器件起到了关键的作用，且其前景非常广阔。功率MOS之所以应用广泛，与它自身的特点是分不开的。它是一种电压控制型单极晶体管，通过栅极电压来控制漏极电流的。它的显著特点是驱动电路简单，驱动功率小，高频特性好，工作频率高达100KHZ以上，为所有电力电子器件中频率之最，同时也不存在二次击穿的问题，安全区广，耐破坏性强。
目前在半导体行业中，基准电源和功率MOS器件一直都是使用粘结浆料将芯片粘结到引线框架和其他基板上。通常粘结剂的涂覆是采用注射器或更小的针孔，通过顶压的方法实现，使产品达到功率MOS器件的质量要求，这就是现有技术中广泛应用的“点胶”粘片工艺。而共晶焊则适用于构造相对比较简单的二、三极管。目前许多电源管理IC大部分都是通过导电胶与基座互连，在粘片的时候对已切割好的芯片进行点胶，点胶工艺就是将银胶点在框架的小岛区(PDA)上，粘片设备就从已划好的晶圆上吸一粒芯片到点了银胶的框架小岛区。因此，整个工艺的关键在于点胶量的控制。由于导电胶与基座互相连在一起，在封装过程中容易产生连锁反应，即导电胶与基座连接的质量将会直接影响到产品的最终电性能，因而会导致点胶产品的合格率不稳定；另一方面，采用点胶粘片方式，生产的速度相对于二、三极管采用的共晶粘片方式来说，效率会慢很多，单位时间产量降低，这就成为提高生产效率、降低生产成本的一个技术瓶颈；且胶液流动性低，镶边现象难以避免。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提高点胶工艺的生产效率，提高单位时间产量，提供一种晶圆背电极的制作方法。
本发明的另一目的是提供一种采用上述方法制得的晶圆。
所述的晶圆的制作方法包括如下步骤：
(1)准备晶圆，并在后续步骤中保持晶圆平坦；
(2)采用丝网印刷在晶圆背面涂覆粘合剂并烘干；
(3)将涂覆好粘合剂的晶圆放到划片蓝膜上；
(4)切割和分离晶圆；
(5)粘结并固化已分离的晶圆。
步骤(1)中，所述保持晶圆平坦是使用多孔陶瓷平板无损坏地吸牢晶圆并使工作台的平行度小于0.4mm，使晶圆保持平坦。
步骤(2)中，所述的丝网印刷是将金属丝网绷在晶圆背面，通过刮板的挤压，使粘合剂通过网孔转移到晶圆背面上；该步骤中所述的金属丝网是不锈钢丝网；该步骤中所述粘合剂是银胶或环氧树脂粘合剂。
步骤(4)中所述的切割和分离是使用晶圆划片机切割分离晶圆。
本发明还提供了一种晶圆，所述晶圆的背面涂覆了粘合剂；所述的粘合剂是采用丝网印刷涂覆于晶圆背面；所述的粘合剂呈网格状分布。
本发明所述的技术方案与现有技术相比，克服了现有技术的不足，具有以下的有益效果：
(1)本发明所述的印刷方法使用丝网印刷，消除了镶边现象，对粘结浆料的用量减少了1/3，成本则大幅度降低了10％左右；
(2)本发明使晶圆丝网印刷工艺的产品有了性能上的提升，其电性能优于点胶工艺同类产品水平，封装产品的可靠性较高，并且保障了芯片背面电极涂覆表面的平整，易于切割划片，保证了晶圆在共晶焊线时芯片电极结合的强度；
(3)本发明通过对晶圆背面进行涂覆，在粘片时选用共晶的粘片方式，得到更高的单位时间产量，大大节约了生产的时间成本；
(4)本发明所述的方法能控制键合层厚度，而且已经涂覆的晶圆，可以长期保存，提高了对存货的质量控制，节约了储存成本。
具体实施方式
(1)准备晶圆，并在全部制备过程中保持晶圆平坦：使用多孔陶瓷平板支撑晶圆，通过平板上多孔陶瓷的通道获得真空，无损坏地吸牢晶圆并使晶圆在后续步骤中保持平坦；
在晶圆上贴上胶膜及金属环，并在胶膜上注明生产批号及产品型号。印刷时由于晶圆是被吸附在工作台的表面上的，如果表面不平，在下一步的背面涂覆粘合剂就会出现涂层不均匀的现象，间接导致点胶量不足，会影响产品封装后的合格率。因此工作台的平面度不大于0.025mm；工作台重复定位精度达到0.1mm方可满足工艺要求；由于印刷时丝网与工作台的平行度决定印刷膜厚度的一致性，根据试验数据，两者平行度为0.005mm时，印刷膜厚度达到了均匀一致。
(2)将大单孔的不锈钢丝网绷在晶圆背面，采用丝网印刷对晶圆背面涂覆粘合剂，然后放入烘箱内烘烤：
丝网印刷由五大元素构成，包括丝网、刮刀、浆料、工作台以及晶圆。丝网是用不锈钢丝网，其特点是丝径细，目数多，耐磨性好，强度高，尺寸稳定，拉伸性小，由于丝径精细，浆料的通过性能好，尺寸精度稳定，适用于晶圆的印刷。刮刀材料是聚胺脂橡胶或氟化橡胶，硬度范围为邵氏A60°～A90°，该材料非常耐磨，刃口有很好的直线性，保持与丝网的全接触。在晶圆的背面采用特别浆料设计的粘结剂来印刷整面，粘结剂是由功能组份、粘结组份和有机载体组成的一种流体，包括银胶与环氧树脂。工作台需注意平面度及重复定位精度。晶圆是丝网印刷的主体，需根据具体的生产批号及型号来定。
丝网印刷基本原理是：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。粘结剂在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的黏性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮刀移动而移动，由于丝网与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的丝网通过自身的张力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。由于回弹力的作用，使丝网与基片只呈移动式线接触，而丝网其它部分与承印物为脱离状态，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个印刷区域后抬起，同时丝网也脱离基片，工作台返回到上料位置，至此为一个印刷行程。
在晶圆背面涂覆了粘合剂后，则将晶圆放到烘箱内烘烤，加热温度为100±5℃，当晶粒面积≤0.4mm2，晶圆是蒸晶式时，加热时间为40min；晶圆是溅射式时，加热时间为30min；当0.4mm2＜晶粒面积≤0.8mm2，加热时间为15min；当晶粒面积＞0.8mm2时，则无须烘片。
(3)将涂覆好粘合剂的晶圆放到传统的划片蓝膜上；
a.检查晶圆型号、数量与生产随工单是否相符；
b.确认贴膜机上已装好成卷的胶膜，用海棉擦干净工作台，用***吹扫工作台的尘埃后，在贴膜机工作台上铺一张圆形长纤维滤纸，将片环正确安装在工作台上，确保片环对正定位针；
c.将晶圆正面朝下放在片环中间，晶圆定位缺口与Y方面平行。将胶膜贴在晶圆及片环上，压板端面则顺着操作者倾斜向前缓慢轻轻挤压胶膜，确保胶膜与晶圆背面紧贴，不留任何气泡；
d.最后用刀沿片环四周切去多余的胶膜，将片环取下放在专用的盒子里。
(4)分离：使用传统的划片机对晶圆进行切割分离，同时保证了粘结剂足够柔软，并润湿晶圆的表面；
a.将晶圆放到划片台上前，用***对着胶膜底部对吹，确保胶膜无异物后放到机台上生产；
b.打开真空、纯水等，为晶圆切割及分离准备充足的外部条件，其具体参数如下：
a)压缩空气压力：0.5±0.1Mpa；
b)纯水：(ρ≥14MΩ.cm)；
c)排风：1.5m3/min；
d)冷却水流量(Blade)：1.0～1.5L/MIN；
e)冷却水流量(Shower)：0.6～1.2L/MIN；
f)主轴转数：29000～32000RPM；
g)真空度：(指针指向绿色区域)。
c.根据晶圆的厚度、划道宽度来选择划片刀型、设置刀高参数、进刀速度，详见表1、表2：
表1 划片刀参数表
| 划片刀型号 | 刀刃宽度(mm) | 刀刃长度(mm) | 适用划道宽度范围 |
| NBC-ZH 103F-SE 27HCAA | 0.015～0.020 | 0.38～0.51 | ≥35um |
| NBC-ZH 203O-SE 27HCBB | 0.020～0.025 | 0.51～0.64 | ≥40um |
| NBC-ZH 203O-SE 27HCCC | 0.025～0.030 | 0.64～0.76 | ≥45um |
| NBC-ZH 203O-SE 27HCDD | 0.030～0.035 | 0.76～0.89 | ≥50um |
| NBC-ZH 203O-SE 27HCEE | 0.035～0.040 | 0.89～1.02 | ≥55um |
| NBC-ZH 203O-SE 27HCEF | 0.040～0.045 | 0.89～1.02 | ≥60um |
表2划片进刀速度参数表
每更换一片晶圆，操作员工需进行首检，首检分三步：
第一步，将待生产的晶圆放入工作台之前，在10X～30X显微镜下检查外观；第二步，将待生产的晶圆放入工作台，输入相关参数后，通过划片机检测晶圆的实际长、宽以及划道宽度是否符合所输入的参数，确保所输参数与实际检测值相符合；第三步，试划1～10刀进行首检(此处刀数的确定主要是看有无划到晶圆区域，检查有无划偏现象，对于特殊要求比如需要从中间先划的芯片，在划完第一刀后就进行首检)，全部合格后正式开始划片。
在划片过程中需进行全程监控，每划一片晶圆检查3次，每次检查数量不少于20粒。
晶圆划完片后，在划片工作台真空开启的状态下，一边用纯水冲洗，一边用干净无尘布轻轻擦洗晶圆表面，然后取下晶圆放到清洗机上进行清洗。当将晶圆放到清洗机工作台时，将扩片环圆弧处放进清洗机工作台四周的抓钩里，同时设置好清洗机的各项参数，具体如下：
a)压缩空气压力：0.5±0.1Mpa；
b)真空度：0.080Mpa～0.090Mpa；
c)纯水压力：5Mpa～6Mpa；
d)清洗时间：1～3min；
e)转速：1500转/分～2000转/分；
f)氮气吹扫时间：1～2min；
g)氮气99.999％(P＝5±1kgf/cm2)。
清洗的晶圆需用10X～30X高倍显微镜观察是否已清洗干净。
(5)粘结并固化已切割好的晶圆。
晶圆的粘结是指半导体芯片与载体(封装壳体或基片)形成牢固的、传导性或绝缘性连接的方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。本发明就是通过粘结分离的晶圆(即芯片)与框架，从而完成了粘片的工艺步骤，其方法属于树脂粘接法。粘结参数见表3至表6：
表3粘片时间
| 参数项 | 范围 | 推荐值 |
| Pick Delay： | 20～40ms | 25ms |
| Bond Delay： | 10～40ms | 20ms |
表4顶针使用要求
| 芯片尺寸范围(mm) | 顶针型号 | 顶针帽伸出口径(mm) | 顶针顶出高度范围 | 推荐值 |
| 0.30～0.60 | PUN-W-0.70MM-17MM-10DG | 0.30 | 2600～3200 | 2800 |
| 0.60～0.90 | PUN-L17.00-OD0.70-A20DEG | 0.50 | 2600～3200 | 2850 |
| 0.90～3.00 | PUN-W-0.70MM-17MM-2PIN | 0.75 | 2600～3200 | 2800 |
表5粘片压力要求(30～100g)
表6粘片温度要求
粘片首检分三步进行：
| 项目 | 预加热区1 | 预加热区2 | 预加热区3 | 主温区 | 后加热区1 | 后加热区2 |
| 范围(℃) | 300～350 | 350～390 | 380～420 | 380～460 | 300～390 | 200～260 |
第一步，在粘片区目检粘片外观质量，每次目检不少于10片；第二步，粘片约10粒产品需进行推力和残留比测试，每次抽测5片；第三步，首条检验，取出该条产品，对该条产品中的每一片进行镜检，产品必须全部合格。
固化要求：前固化氮气流量：10～20升/分钟；根据涂胶浆料型号的不同，设置相应的固化参数，具体见表7：
表7固化参数
为了保证晶圆背面涂层的均匀性，本发明采用大单孔的不锈钢丝网，选择的目数为300～330目，丝网的张力及印刷的厚度已获得了非常好的效果。刮刀刚度很高，避免了通过孔隙时粘结剂溢出，得到非常薄、且均匀的涂层。对标准印刷机的运行和夹持机制进行改进后即可实现，这包括为兼容超薄晶圆而进行的工具校正。必须要注意的是在整个工艺过程中晶圆必须始终保持平坦，这样才能保证粘结层厚度的波动，从而实现了晶圆背电极丝网印刷。
Claims (9)
1.一种晶圆背电极丝网印刷方法，操作步骤为：
(1)准备晶圆，并在后续步骤中保持晶圆平坦；
(2)采用丝网印刷在晶圆背面涂覆粘合剂并烘干；
(3)将涂覆好粘合剂的晶圆放到划片蓝膜上；
(4)切割和分离晶圆；
(5)粘结并固化已分离的晶圆。
2.如权利要求1所述的晶圆背电极丝网印刷方法，其特征在于：步骤(1)中所述保持晶圆平坦的方法是使用多孔陶瓷平板无损坏地吸牢晶圆并使晶圆平坦。
3.如权利要求2所述的晶圆背电极丝网印刷方法，其特征在于：步骤(2)中所述的丝网印刷是将金属丝网绷在晶圆背面，通过刮板的挤压，使粘合剂通过网孔转移到晶圆背面上。
4.如权利要求3所述的晶圆背电极丝网印刷方法，其特征在于：所述的金属丝网是不锈钢丝网。
5.如权利要求3所述的晶圆背电极丝网印刷方法，其特征在于：步骤(2)中所述的粘合剂是银胶或环氧树脂粘合剂。
6.如权利要求3所述的晶圆背电极丝网印刷方法，其特征在于：步骤(4)中所述的切割和分离是使用晶圆划片机对晶圆进行切割与分离。
7.一种如权利要求1～6中择一所示的晶圆背电极丝网印刷方法所得的晶圆，其特征在于：所述晶圆的背面用丝网印刷方法涂覆了粘合剂。
8.如权利要求7所述的晶圆，其特征在于：所述的粘合剂是采用丝网印刷涂覆于晶圆背面。
9.如权利要求7或8所述的晶圆，其特征在于：所述的粘合剂呈网格状分布。
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