13-2-11SST-AP C THISEMAIL THISClose推进下一代芯片堆叠封装Michael Todd, PH.D., Shashi Gupta, PH. D. and James T. Huneke, Ph.D., Henkel Corp. 在今天的封装工业中，功能更强、性价比更高的多芯片封装正日益取代传统的单芯片封装最近的 半导体设备与材料国际组织（SEMI）和TechSearch International研究报告表明，从2008到2010 年芯片堆叠封装有望以年均12%的增长率发展这些封装技术的潜力不可忽视，然而，制造方面却 面对挑战—特别是芯片取放和材料方面的挑战日益突出现今传统的芯片装片胶工艺技术已不能像 装片膜一样为超薄芯片提供足够的机械支撑、产能和良品率 以粘片膜（die-attach film, DAF）形式出现的划片粘片膜（dicing die-attach films, DDF）与线上 可流动膜（flow-over-wire, FOW）已经出现并成为下一代芯片堆叠封装的有效材料 传统装片胶工艺 不管使用哪种装片材料，胶或膜，圆片必须首先粘在划片膜上以保证其在划片过程中的固定。
一旦 圆片划片完毕，芯片就流入装片工艺较之使用DAF的堆叠工艺，使用装片胶的芯片堆叠需要更长 的时间和更多的设备装片胶点到堆叠的第一层芯片上（D1），接着，第二层芯片（D2）叠加其 上，其后，堆叠的双芯片被送入烘箱固化在其后的芯片堆叠流程中，这样的工艺过程在每一次芯 片堆叠后都要重复一次，这样，四层芯片的堆叠就需要四次点胶和热固化处理，在所有的堆叠完成 并且所有层次的芯片都热烘处理后，才能移入引线键合工序 当今堆叠封装中的超薄芯片操作比较难控制一旦离开划片膜，芯片在装片过程中将失去膜对芯片 的所有机械支撑这样，在装片过程中，薄芯片由于应力的问题易导致碎裂或卷曲变形 DAF工艺优势 对于功能强大的CSP堆叠封装，多芯片堆叠封装所用的DAF材料在工艺加工、成本和每小时的产出 （UPH）方面展现明显的优势现在，把划片、装片膜合一的材料正应用于这个领域—可以包容不 同尺寸芯片,引线全部被塑封料覆盖的封装结构的芯片堆叠划片装片膜DDF，另一种是用于相同尺寸 芯片堆叠，其引线一部分被塑封料覆盖一部分被膜所包裹的材料线上可流动膜FOW（图2） 融合了划片膜和装片材料功能于一身的划片装片膜（DDF）是装片胶最好的替代材料。
从性能方面 看，DDF 有效地控制了胶水的溢胶现象，芯片边缘的爬胶现象并达到了胶层厚度控制的一致性 （BLT）尽管早一代的膜材料所达到的芯片装片速度不及芯片胶技术，然而，更新一代的DDF的 合成配方使得装片速度达到至少与之比拟的程度使用装片胶的装片平均时间为0.3秒，今天的DDF 具有了润湿功能，而装片的时间才0.1秒，这挑战了装片胶支持者对其的产能不高的批评 事实上，DDF材料最为重要的优势在于薄芯片装片过程中的膜的支撑，更薄的芯片在堆叠封装中也 能接受75微米的芯片堆叠已实现，25微米厚的圆片用这种新的装片技术也可实现芯片堆叠封装 在使用DDF时，圆片先粘在膜上划片，然后芯片再通过装片工艺堆层先进的DDF材料在引线键合 工序之前不需要热固化处理—堆叠完成后直接进入引线键合工序有些DDF材料尚需紫外光处理以 减弱粘片膜的对芯片的粘性，这增加了工艺时间和芯片堆叠工艺控制压力敏感的DDF材料摒弃了 紫外光处理，提升了产能并且由于取消了紫外光设备而减少了成本 正是由于这些材料的性能优势和薄芯片操控性能的核心能力（图3），DDF毫无疑问是当代更低成本 芯片堆叠封装的关键推动者 FOW膜 装片膜技术方面最近的一项进展是用于同尺寸芯片堆叠的FOW材料。
FOW膜集装片膜和划片膜的功 能于一身由于这些材料设计成可以在下层芯片引线上流淌，这样就无需堆层芯片之间的隔层光 片对于装片后无需热固化处理FOW材料，其工艺类似于DDF圆片层粘到FOW膜上划片，然后芯 片装片工序，接着，移到引线键合和塑封工序尽管装片后无需热固化型FOW产品对UPH最大化非 常理想，但有些封装制造商还是钟情于在他们的芯片堆叠工艺中加入一步热烘工艺—特别是针对同 尺寸芯片堆叠，作为一步预先防范措施防止塑封中芯片的移动为此，用于两种不同热烘处理工艺13-2-11SST-AP C A）材料，可以在引线键合机上 热烘，而不需要单独的烘箱热烘工艺它在175度下，十分钟内完成热烘第二个是FOW B 材料， 内含了耐烘系统，足以承受165-175度十分钟热烘后的引线键合芯片堆叠和引线键合完成后即是 固化，完整的热固化至少是30分钟165度不管是用FOW A 还是用FOW B 材料，最为根本的是选 择了空洞较少的材料，因为，一旦芯片装片了，芯片粘结必须是无空洞的，否则空洞会在热固化时 扩大，这在某些应用场合是不能接受初始的测试甚至表明不需要单独的热烘工序，两种材料在引 线键合阶段就产生了足够强的热烘效果以承受塑封工艺。
尽管这样，更多的工作还在继续 图1. 传统装片粘料芯片堆叠流程 图2. 各种芯片堆叠封装结构 13-2-11SST-AP C THISEMAIL THISClose图3. 使用膜作为芯片支撑具有明显工艺优势 图4. FOW包裹的键合显示极佳的整体性，键合没有变形 不管用哪一种类型的FOW膜，材料特性必须予以评估由于FOW材料包裹住了堆叠芯片的引线， FOW材料必须保证其离子状态稳定以避免由于水汽而引起的腐蚀问题，这是最根本的这些封装中 芯片尺寸都较大，于是，应力成了主要的关注点，因为膜材料的模数、玻璃化转换温度（Tg）和膨 胀系数都会对其产生影响另外，FOW材料的粘弹特性必须优化以保证膜覆盖引线键合而不至于引 起任何引线键合的变形（图4） 结论 DDF和FOW两种材料带来的装片膜新技术正使得芯片堆叠封装成为主流器件的轮廓尺寸现在可以 变得更小、厚度更小而功能却更强大，成本反而降低了，工艺时间也缩短了膜技术方面的进展在 继续，今天的材料给予封装专业人士制造先进堆叠封装所需的材料性能和加工能力 13-2-11SST-AP C。