CN103928354B - 一种半导体芯片粘接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体芯片粘接方法，其具体步骤为：第一步，选择粘接胶；第二步，控制粘接胶形成胶点并确定胶点质量；第三步，测量圆形胶膜的半径和厚度得到体积；第四步，确定粘接芯片所需固化后的粘接胶体积；第五步，确定涂胶时芯片所需粘接胶胶点个数；第六步，在粘接区的顶点旁边排布胶点；第七步，确定粘接区短边的临界范围；第八步，以粘接区短边的相邻临界范围的中点为界限排布胶点；第九步，芯片粘接与固化；至此，实现了半导体芯片的粘接。本发明减少了芯片在经过按压后某些部位粘接胶胶量过多而另一些部位缺少粘接胶的问题，可有效提高生产线涂胶粘片工序的可靠性。

Description

一种半导体芯片粘接方法

技术领域

本发明涉及一种粘接方法，特别是一种半导体芯片粘接方法。

背景技术

在半导体技术中，衬底的制作一般采用硅、石英、铌酸锂、钽酸锂等材料，在经过清洗、镀膜、光刻等工序后，衬底被制成包含多个具有完整电性能芯片的基片，然后再经过封装工序实现产品成型。封装工序直接决定产品的可靠性，步骤为：基片测试、基片切割和分片、涂胶粘片、引线键合、封管、标识。其中，在涂胶粘片步骤中，一般采用毛笔等工具手动蘸取粘接胶或利用出胶设备将粘接胶转移至管壳上的芯片粘接区，然后利用真空吸头将单个芯片吸起并放置在粘接胶上，再用真空吸头按压芯片直至达到粘接胶在芯片四周有溢出的要求时，吸头解除真空并离开，然后对粘附有半导体芯片的管壳进行固化即可完成芯片粘接。

然而，上述半导体芯片粘接方法具有以下问题，例如：对于不同面积的芯片粘接，单纯利用操作者的直观感受来控制粘接胶总量肯定存在误差；此外，对于相同面积不同长宽比的芯片，如何排布粘接胶尚未有明确的方案，在按压操作后往往存在因粘接胶不能均匀分布在粘接区而使芯片粘接强度降低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体芯片粘接方法，解决过去的涂胶粘片方法中粘接胶总量无法控制和粘接胶不能均匀分布在芯片粘接区的问题。

一种半导体芯片粘接方法，其具体步骤为：

第一步 选择粘接胶

半导体芯片与封装管壳之间通过粘接胶连接，选择黏度大于200mPa·s的粘接胶。

第二步 控制粘接胶形成胶点并确定胶点质量m₀

粘接胶胶点通过点胶机实现，并控制胶点质量＞0.05mg，误差＜0.5％。

粘接胶胶点的质量通过先称量n个胶点的总质量，然后除以n得到每个胶点的质量，其中n>100。

第三步 测量圆形胶膜的半径r₀和厚度h₀得到体积v₀

将质量为m₀的胶点滴置在表面光滑的衬底A和衬底B之间，经过按压、固化操作后，采用剪切拉力测试仪分离衬底A和衬底B后，在其中一个衬底上得到圆形胶膜。

测量显微镜测得圆形胶膜的半径为r₀，台阶仪测得圆形胶膜的厚度为h₀，则圆形胶膜的体积为v₀＝π·r₀ ²·h₀。当圆形胶膜厚度为h时，圆形胶膜的半径为

第四步 确定粘接芯片所需固化后的粘接胶体积V

半导体芯片为长方形，设芯片的短边为a，长边为b，固化后的圆形胶膜厚度为h。

固化后的粘接胶体积V为芯片下方的粘接胶体积v₁加上溢胶体积v₂。

芯片下方的粘接胶体积：v₁＝a·b·h。

溢胶体积通过将溢胶体积等效模型中斜线填充的面积等效为网格填充的长方形面积，长方形的宽度为0.167·r，溢胶体积v₂＝2(a+b)·(0.167·r)·h。

固化后的粘接胶体积V＝v₁+v₂＝a·b·h+2(a+b)·(0.167·r)·h。

第五步 确定涂胶时芯片所需粘接胶胶点个数N

质量为m₀的粘接胶胶点固化后形成的圆形胶膜的体积为v₀，芯片粘接所需固化后的粘接胶体积为V，所以，涂胶时芯片所需质量为m₀的粘接胶胶点个数为N＝V/v₀。

第六步 在粘接区的顶点旁边排布胶点

涂胶时将粘接胶胶点排布在封装管壳上的芯片粘接区，粘接区的形状、大小与长方形芯片完全相同。以芯片粘接区左下角顶点为原点，短边为X轴，长边为Y轴建立直角坐标系。

由于芯片粘接按压时，四个顶点处总是最后溢胶，因此，为保证100％的溢胶，排布粘接胶胶点需要首先照顾顶点。

在芯片粘接区的顶点旁边排布胶点，这些胶点与粘接区顶点的距离为圆形胶膜的半径r，且与连接顶点两个边的距离均为

第七步 确定粘接区短边a的临界范围

当芯片粘接区的短边a₁＝l+l＝2·l时，在芯片短边的两个顶点旁排布一个胶点。

当芯片粘接区的短边a₂＝2·l+2·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点。

当芯片粘接区的短边a₃＝2·l+4·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点。同时，在这两个胶点的位置中间再排布一个胶点以照顾短边处溢胶。

当芯片粘接区的短边a₄＝2·l+6·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点。同时，在这两个胶点的位置中间再排布两个胶点以照顾短边处溢胶。

第八步 以粘接区短边a的相邻临界范围的中点为界限排布胶点

当芯片粘接区的短边a≤a₁时，在粘接区两个短边内侧分别排布一个胶点尚有富余，需换用质量小于m₀的粘接胶胶点，在固化后的胶膜厚度h不变的情况下，圆形胶膜的半径r会变小进而使a₁的值变小，直至a＞a₁。

当芯片粘接区的短边a₁＜a≤(a₁+a₂)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布一个粘接胶胶点，坐标分别为(a/2,l)、(a/2,b-l)，余下的N-2个点以一列的形式按Y轴方向等间距排布，这列点的X轴坐标为a/2。

当芯片粘接区的短边(a₁+a₂)/2＜a≤(a₂+a₃)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布两个粘接胶胶点，坐标分别为(l,l)、(l,b-l)、(a-l,l)、(a-l,b-l)，余下的N-4个点以一列的形式按Y轴方向等间距排布，这列点的X轴坐标为a/2。

当芯片粘接区的短边(a₂+a₃)/2＜a≤(a₃+a₄)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布三个粘接胶胶点，坐标分别为(l,l)、(a/2,l)、(a-l,l)、(l,b-l)、(a/2,b-l)、(a-l,b-l)。若余下的点数为奇数，则先在(0.5a,0.5b)处排布一个点，再将余下的点以两列的形式按Y轴方向等间距排布，这两列点的X轴坐标分别为(a+l)/2、(2a-l)/2。

当芯片粘接区的短边(a₃+a₄)/2＜a≤a₄+r时，先在粘接区两个短边内侧分别排布四个粘接胶胶点，坐标为(l,l)、((a+l)/3,l)、((2a-l)/3,l)、(a-l,l)、(l,b-l)、((a+l)/3,b-l)、((2a-l)/3,b-l)、(a-l,b-l)。若(N-8)/3＝1，先在(0.55a,0.5b)处排布一个点；若(N-8)/3＝2，先在(0.55a,0.5b)、(0.45a,0.5b)处各排布一个点。再将余下的点以三列的形式按Y轴方向等间距排布，这三列点的X轴坐标分别为l+(a-2·l)/4、l+2(a-2·l)/4、l+3(a-2·l)/4。

当芯片粘接区的短边a＞a₄+r时，在粘接区的两个短边内侧分别排布四个胶点尚且不足，需换用质量大于m₀的粘接胶胶点，在固化后的胶膜厚度h不变的情况下，圆形胶膜的半径r会变大进而使a₄+r的值变大，直至a≤a₄+r。

第九步 芯片粘接与固化

用真空吸头吸起芯片并移至芯片粘接区上方，向下按压芯片直至粘接胶从芯片四周溢出，解除吸头真空，然后再对粘附有芯片的管壳进行固化。

至此，实现了半导体芯片的粘接。

本发明根据质量已知的粘接胶胶点固化后的体积和芯片所需固化后的粘接胶体积，确定芯片涂胶时所需的粘接胶胶点个数，此外，本发明利用所述芯片粘接区的短边a和预设定的胶膜厚度h，给出了先在两个短边内侧的固定位置排布一定数量的胶点，然后按照特定的方法依次排列剩余粘接胶胶点的排布方法。本发明避免了固化前后，因粘接胶固化造成的溶剂挥发或体积收缩等原因使粘接胶质量、体积发生变化而导致无法控制粘接胶总量的问题。同时本发明可将粘接胶均匀的分布在芯片粘接区，减少了芯片在经过按压后某些部位粘接胶胶量过多而另一些部位缺少粘接胶的问题，可有效提高生产线涂胶粘片工序的可靠性。

附图说明

图1一种半导体芯片粘接方法的溢胶体积等效模型图；

图2一种半导体芯片粘接方法的粘接胶胶点排布图。

具体实施方式

一种半导体芯片粘接方法，其具体步骤为：

第一步 选择粘接胶

半导体芯片与封装管壳之间通过粘接胶连接，选择一种黏度为30000mPa·s的粘接胶。

第二步 控制粘接胶形成胶点并确定胶点质量

粘接胶胶点通过点胶机实现，并控制胶点质量＞0.05mg，误差＜0.5％。

粘接胶胶点的质量通过先称量100个胶点的总质量，然后除以100得到每个胶点的质量。

第三步 测量圆形胶膜的半径r₀和厚度h₀得到体积v₀

将质量为m₀的胶点滴置在表面光滑的玻璃衬底A和铌酸锂衬底B之间，经过按压、固化操作后，采用剪切拉力测试仪分离衬底A和衬底B后，在衬底B上得到圆形胶膜。

测量显微镜测得圆形胶膜的半径为r₀，台阶仪测得圆形胶膜的厚度为h₀，则圆形胶膜的体积为v₀＝π·r₀ ²·h₀。当圆形胶膜厚度为h时，圆形胶膜的半径为

第四步 确定粘接芯片所需固化后的粘接胶体积V

半导体芯片为长方形，设芯片的短边为a，长边为b，固化后的圆形胶膜厚度为h。

固化后的粘接胶体积V为芯片下方的粘接胶体积v₁加上溢胶体积v₂。

芯片下方的粘接胶体积：v₁＝a·b·h。

溢胶体积v₂通过将溢胶体积等效模型中斜线填充的面积等效为网格填充的长方形面积，参见附图1，长方形的宽度为0.167·r，溢胶体积v₂＝2(a+b)·(0.167·r)·h＝4.408mm³。

固化后的粘接胶体积V＝v₁+v₂＝a·b·h+2(a+b)·(0.167·r)·h。

第五步 确定涂胶时芯片所需粘接胶胶点个数N

质量为m₀的粘接胶胶点固化后形成的圆形胶膜的体积为v₀，芯片粘接所需固化后的粘接胶体积为V，所以，涂胶时芯片所需质量为m₀的粘接胶胶点个数为N＝V/v₀。

第六步 在粘接区的顶点旁边排布胶点

涂胶时将粘接胶胶点排布在封装管壳上的芯片粘接区，粘接区的形状、大小与长方形芯片完全相同。以芯片粘接区左下角顶点为原点，短边为X轴，长边为Y轴建立直角坐标系。

由于芯片粘接按压时，四个顶点处总是最后溢胶，因此，为保证100％的溢胶，排布粘接胶胶点需要首先照顾顶点。

在芯片粘接区的顶点旁边排布胶点，这些胶点与粘接区顶点的距离为圆形胶膜的半径r，且与连接顶点两个边的距离均为

第七步 确定粘接区短边a的临界范围

当芯片粘接区的短边a₁＝l+l＝2·l时，在芯片短边的两个顶点旁排布一个胶点。

当芯片粘接区的短边a₂＝2·l+2·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点。

当芯片粘接区的短边a₃＝2·l+4·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点。同时，在这两个胶点的位置中间再排布一个胶点以照顾短边处溢胶。

当芯片粘接区的短边a₄＝2·l+6·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点。同时，在这两个胶点的位置中间再排布两个胶点以照顾短边处溢胶。参见附图2。

第八步 以粘接区短边a的相邻临界范围的中点为界限排布胶点

当芯片粘接区的短边a≤a₁时，在粘接区两个短边内侧分别排布一个胶点尚有富余，需换用质量小于m₀的粘接胶胶点，在固化后的胶膜厚度h不变的情况下，圆形胶膜的半径r会变小进而使a₁的值变小，直至a＞a₁。

当芯片粘接区的短边a₁＜a≤(a₁+a₂)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布一个粘接胶胶点，坐标分别为(a/2,l)、(a/2,b-l)，余下的N-2个点以一列的形式按Y轴方向等间距排布，这列点的X轴坐标为a/2。

当芯片粘接区的短边(a₁+a₂)/2＜a≤(a₂+a₃)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布两个粘接胶胶点，坐标分别为(l,l)、(l,b-l)、(a-l,l)、(a-l,b-l)，余下的N-4个点以一列的形式按Y轴方向等间距排布，这列点的X轴坐标为a/2。

当芯片粘接区的短边(a₂+a₃)/2＜a≤(a₃+a₄)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布三个粘接胶胶点，坐标分别为(l,l)、(a/2,l)、(a-l,l)、(l,b-l)、(a/2,b-l)、(a-l,b-l)。若余下的点数为奇数，则先在(0.5a,0.5b)处排布一个点，再将余下的点以两列的形式按Y轴方向等间距排布，这两列点的X轴坐标分别为(a+l)/2、(2a-l)/2。

当芯片粘接区的短边(a₃+a₄)/2＜a≤a₄+r时，先在粘接区两个短边内侧分别排布四个粘接胶胶点，坐标为(l,l)、((a+l)/3,l)、((2a-l)/3,l)、(a-l,l)、(l,b-l)、((a+l)/3,b-l)、((2a-l)/3,b-l)、(a-l,b-l)。若(N-8)/3＝1，先在(0.55a,0.5b)处排布一个点；若(N-8)/3＝2，先在(0.55a,0.5b)、(0.45a,0.5b)处各排布一个点。再将余下的点以三列的形式按Y轴方向等间距排布，这三列点的X轴坐标分别为l+(a-2·l)/4、l+2(a-2·l)/4、l+3(a-2·l)/4。

当芯片粘接区的短边a＞a₄+r时，在粘接区的两个短边内侧分别排布四个胶点尚且不足，需换用质量大于m₀的粘接胶胶点，在固化后的胶膜厚度h不变的情况下，圆形胶膜的半径r会变大进而使a₄+r的值变大，直至a≤a₄+r。

所选芯片的短边，属于上述第三种情况，即，先在粘接区两个短边内侧分别排布两个粘接胶胶点，余下的点以一列的形式按Y轴方向等间距排布。

第九步 芯片粘接与固化

用真空吸头吸起芯片并移至芯片粘接区上方，向下按压芯片直至粘接胶从芯片四周溢出，解除吸头真空，然后再对粘附有芯片的管壳进行固化。

至此，实现了半导体芯片的粘接。

Claims (1)

1.一种半导体芯片粘接方法，其特征在于具体步骤为：

第一步选择粘接胶

半导体芯片与封装管壳之间通过粘接胶连接，选择黏度大于200mPa·s的粘接胶；

第二步控制粘接胶形成胶点并确定胶点质量m₀

粘接胶胶点通过点胶机实现，并控制胶点质量＞0.05mg，误差＜0.5％；

粘接胶胶点的质量通过先称量n个胶点的总质量，然后除以n得到每个胶点的质量，其中n>100；

第三步测量圆形胶膜的半径r₀和厚度h₀得到体积v₀

将质量为m₀的胶点滴置在表面光滑的衬底A和衬底B之间，经过按压、固化操作后，采用剪切拉力测试仪分离衬底A和衬底B后，在其中一个衬底上得到圆形胶膜；

测量显微镜测得圆形胶膜的半径为r₀，台阶仪测得圆形胶膜的厚度为h₀，则圆形胶膜的体积为v₀＝π·r₀ ²·h₀；当圆形胶膜厚度为h时，圆形胶膜的半径为

第四步确定粘接芯片所需固化后的粘接胶体积V

半导体芯片为长方形，设芯片的短边为a，长边为b，固化后的圆形胶膜厚度为h；固化后的粘接胶体积V为芯片下方的粘接胶体积v₁加上溢胶体积v₂；

芯片下方的粘接胶体积：v₁＝a·b·h；

通过溢胶体积等效模型计算，得到溢胶体积v₂＝2(a+b)·(0.167·r)·h；

固化后的粘接胶体积V＝v₁+v₂＝a·b·h+2(a+b)·(0.167·r)·h；

第五步确定涂胶时芯片所需粘接胶胶点个数N

质量为m₀的粘接胶胶点固化后形成的圆形胶膜的体积为v₀，芯片粘接所需固化后的粘接胶体积为V，所以，涂胶时芯片所需质量为m₀的粘接胶胶点个数为N＝V/v₀；

第六步在粘接区的顶点旁边排布胶点

涂胶时将粘接胶胶点排布在封装管壳上的芯片粘接区，粘接区的形状、大小与长方形芯片完全相同；以芯片粘接区左下角顶点为原点，短边为X轴，长边为Y轴建立直角坐标系；

由于芯片粘接按压时，四个顶点处总是最后溢胶，因此，为保证100％的溢胶，排布粘接胶胶点需要首先照顾顶点；

在芯片粘接区的顶点旁边排布胶点，这些胶点与粘接区顶点的距离为圆形胶膜的半径r，且与连接顶点两个边的距离均为

第七步确定粘接区短边a的临界范围

当芯片粘接区的短边a₁＝l+l＝2·l时，在芯片短边的两个顶点旁排布一个胶点；

当芯片粘接区的短边a₂＝2·l+2·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点；

当芯片粘接区的短边a₃＝2·l+4·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点；同时，在这两个胶点的位置中间再排布一个胶点以照顾短边处溢胶；

当芯片粘接区的短边a₄＝2·l+6·r时，在芯片短边的两个顶点旁排布两个胶点；同时，在这两个胶点的位置中间再排布两个胶点以照顾短边处溢胶；

第八步以粘接区短边a的相邻临界范围的中点为界限排布胶点

当芯片粘接区的短边a≤a₁时，在粘接区两个短边内侧分别排布一个胶点尚有富余，需换用质量小于m₀的粘接胶胶点，在固化后的胶膜厚度h不变的情况下，圆形胶膜的半径r会变小进而使a₁的值变小，直至a＞a₁；

当芯片粘接区的短边a₁＜a≤(a₁+a₂)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布一个粘接胶胶点，坐标分别为(a/2,l)、(a/2,b-l)，余下的N-2个点以一列的形式按Y轴方向等间距排布，这列点的X轴坐标为a/2；

当芯片粘接区的短边(a₁+a₂)/2＜a≤(a₂+a₃)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布两个粘接胶胶点，坐标分别为(l,l)、(l,b-l)、(a-l,l)、(a-l,b-l)，余下的N-4个点以一列的形式按Y轴方向等间距排布，这列点的X轴坐标为a/2；

当芯片粘接区的短边(a₂+a₃)/2＜a≤(a₃+a₄)/2时，先在粘接区两个短边内侧分别排布三个粘接胶胶点，坐标分别为(l,l)、(a/2,l)、(a-l,l)、(l,b-l)、(a/2,b-l)、(a-l,b-l)；若余下的点数为奇数，则先在(0.5a,0.5b)处排布一个点，再将余下的点以两列的形式按Y轴方向等间距排布，这两列点的X轴坐标分别为(a+l)/2、(2a-l)/2；

当芯片粘接区的短边(a₃+a₄)/2＜a≤a₄+r时，先在粘接区两个短边内侧分别排布四个粘接胶胶点，坐标为(l,l)、((a+l)/3,l)、((2a-l)/3,l)、(a-l,l)、(l,b-l)、((a+l)/3,b-l)、((2a-l)/3,b-l)、(a-l,b-l)；若(N-8)/3＝1，先在(0.55a,0.5b)处排布一个点；若(N-8)/3＝2，先在(0.55a,0.5b)、(0.45a,0.5b)处各排布一个点；再将余下的点以三列的形式按Y轴方向等间距排布，这三列点的X轴坐标分别为l+(a-2·l)/4、l+2(a-2·l)/4、l+3(a-2·l)/4；

当芯片粘接区的短边a＞a₄+r时，在粘接区的两个短边内侧分别排布四个胶点尚且不足，需换用质量大于m₀的粘接胶胶点，在固化后的胶膜厚度h不变的情况下，圆形胶膜的半径r会变大进而使a₄+r的值变大，直至a≤a₄+r；

第九步芯片粘接与固化

用真空吸头吸起芯片并移至芯片粘接区上方，向下按压芯片直至粘接胶从芯片四周溢出，解除吸头真空，然后再对粘附有芯片的管壳进行固化；

至此，实现了半导体芯片的粘接。