晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片,其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种,然后慢慢拉出,形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨,抛光,切片后,形成硅晶圆片,也就是晶圆。再在硅晶圆片上经过光刻、蚀刻等工艺制作成晶圆,再进行封装、切割等就制作出了芯片。
(图片来自网络:晶圆芯片加工过程)
而晶圆在通过加工成晶圆芯片后,就需要进行键合封装,以保护芯片免受环境影响、提供机械支撑、实现连接、降低功耗,提高整个器件的可靠性和稳定性。传统的封装是将晶圆芯片切割后,再放入封装外壳中单独封装。但是其生产周期长,已无法满足市场需求。由于各种晶圆级封装(在晶圆上的时候就对芯片进行封装,保护层可以黏接在晶圆的顶部或底部,然后连接电路,再将晶圆切成单个芯片)具有生产周期短,传输速度快等优势,开始代替传统封装。
晶圆玻璃浆料键合作为一种晶圆级封装技术,由于工艺相对简单、生产成本低、生产效率高,被广泛用于IC和MEMS压力传感器封装制造中。玻璃浆料键合技术主要工艺流程是:印刷-烧结-键合。为了使晶圆键合后气密性强度好,保证晶圆切割后能够在芯片外围形成密封玻璃保护层,那么就需要提高印刷在硅晶圆片表面玻璃浆料的分布均匀性、膜厚均匀性、精度。而传统的玻璃浆料印刷通常都是人工涂覆的,涂覆速度低,而且涂覆质量取决于人工劳动力,稳定性差,无法保证键合、切割后的产品可靠性。所以先进的丝网印刷技术逐渐代替人工涂覆。经过多家打样测试对比,建宇网印高精密厚膜印刷机印刷的成品的精度、膜厚均匀性、线宽都达到了印刷要求,印刷效果也优于其他厂家。针对晶圆的常用的尺寸:mm(6英寸),mm(8英寸),mm(12英寸)都研发生产了适用机型,可快速投入生产,提高生产效率。下面提供此次6寸晶圆打样记录,简述打样印刷设备、印刷技术、工艺参数。
1.印刷设备
此次打样采用高精密厚膜丝网印刷机HG--LTCC,印刷机头上方配有透明机罩,直观、防尘、保湿,为晶圆玻璃浆料印刷提供良好印刷环境。三开门设计,触摸屏可移动,调试操作方便。双手启动,操作安全。根据工艺要求不同,可满足重复印刷,最大重复次数五次,套印精度±5um。最大印刷面积*mm,适用于6寸和8寸的晶圆印刷。
2.印刷技术
通过采用微孔陶瓷平台+CCD视觉系统自动对位+悬浮印刷系统相结合的印刷技术,实现高精度印刷。
(1)微孔陶瓷平台
采用微孔陶瓷平台,微米级小孔,吸附力好的同时,不会造成晶圆碎片;由直线模组驱动平台前后移动,平稳高效,移动定位精度5um。
(2)CCD视觉系统自动对位
可实现CCD自动对位印刷,网版的MARK点可通过印刷的方式取出,CCD通过学习印刷的MARK点将其设置为基准,然后放置待印刷的产品,登录产品的MARK点(模板)即可。无需人工将产品与网版位置对齐,操作简单。对位时,模板会自动向基准移动,实现产品与网版图形完全重合,对位精度±5um。
(3)悬浮印刷系统
悬浮印刷系统采用专用气缸和精密调压阀调节,消除印刷系统自重,在同一行程下,可以精准控制印刷压力阈值,自适应调整前后刮刀压力均匀性,使印刷压力在整个印刷过程恒定,确保晶圆玻璃浆料印刷的平整度和均匀性。
(悬浮印刷系统)
3.丝网印刷工艺参数
(建宇网印丝网印刷机印刷玻璃浆料示意图)
印刷时,通过设置合理的印刷参数,玻璃浆料在刮刀的作用下,透过网版网孔,填入晶圆片表面,形成均匀分布的密封环,如下图所示。
此次打样得出使用网版目数目,膜厚25um;网距设置2mm;印刷速度设置60mm/s;印刷压力设置:1KG时,印刷效果是最佳的。
(放大50倍效果)
放大50倍后可以看到,建宇网印高精密厚膜丝网印刷机印刷出的密封环线条流畅,膜厚均匀,位置精准。环内无杂质、气泡,环外无塌陷、毛刺等情况。经过测试,线宽偏差不超过2um,为后道工艺键合提供了有效保障,大大提高了键合、切割的可靠性。
厚膜丝网印刷技术在半导体生产中有着广泛应用,除了用于晶圆玻璃浆料印刷,还可以用于光刻胶涂覆等多个半导体生产工艺。未来,厚膜丝网印刷企业应不断加大创新力度,为晶圆级封装领域注入核心技术,减少生产成本,缩短生产周期的同时,确保生产质量。