芯片粘接失落效模式及粘接强度提高途径

葛秋玲 王洋 丁荣峥

（无锡中微高科电子有限公司）

择要：

芯片粘接质量是电路封装质量的一个关键方面，它直接影响电路的质量和寿命。
文章从芯片粘接强度的失落效模式出发，剖析了芯片粘接失落效的几种类型，并从失落效缘故原由出发对如何在芯片粘接过程中提高其粘接强度提出了四种办理路子和方法，对提高芯片粘接强度和粘接可靠性具有参考代价。
文章还指出了芯片粘接强度测试过程中的一些不当或把稳点及其影响，并对不当的测试方法给出了改进方法，能有效地避免测试方法不当带来的误判。

1 弁言

在集成电路芯片装片或封装后的筛选中，以及电路考察鉴定验收时，常须要确定芯片粘接质量是否符合哀求。
最有效的方法之一便是在同一批封装（或装片）的电路中，随机抽取一定数量的电路，并对这些电路进行抗剪或抗拉强度测试，根据丈量结果和分离界面的描述来判断芯片粘接质量，并剖析芯片粘接情形，特殊是粘接脱开的干系成分，从而对芯片粘接材料、装片工艺等加以掌握和优化来提高芯片粘接强度，知足芯片粘接可靠性的哀求。

2 芯片粘接失落效模式

聚合物类材料装片影响芯片粘接强度的成分教较多，涉及粘接材料、工艺条件、外壳衬底 / 基座的质量和芯片背面的粗糙度、清洁度等。
芯片粘接的失落效模式紧张有：（1）从芯片硅表面与装片粘接材料分离；（2）装片粘接材料层断裂；（3）装片粘接材料与外壳衬底 / 基座分离。
拜会图 1、图 2、图 3。

根据芯片失落效的脱落界面及描述剖析脱落的缘故原由和可能性，再针对引起失落效的缘故原由在生产中加以掌握和解决。

3 芯片粘接强度提高路子

增强芯片粘接强度可通过对装片粘接材料的优选、粘接工艺方面的优化和掌握来提高粘接质量，担保高可靠的粘接强度。

3.1 芯片背面清洁度、粗糙度的掌握

为降落封装热阻、厚度以及封装划片等工艺的哀求，前道工艺制造的圆片较厚，均需进行减薄。
在圆片背部磨减少薄时，芯片背面即芯片的粘接面会有微细的硅粉尘存在，微细的硅粉尘使芯片本体材料不能完备与粘接材料打仗，芯片装片后一定会对粘接强度造成影响。
减薄后的洗濯对提高芯片粘接强度是非常主要的步骤，具备条件的同时还应借助化学方法对硅屑进行充分彻底地打消。
减薄时若芯片背面太光，像镜面一样光滑，不利于增大粘接材料与芯片的打仗面积，也不利于芯片与胶的鳌合，因此增加芯片粗糙度，可提高芯片的粘接性强度。

图 4 是芯片背面光滑，恒加时导致芯片脱落失落效，失落效样品芯片背面只有少许导电胶存在；图5样品增加了芯片背面粗糙度，芯片粘接强度得到显著提高，试验后导电胶完备留在芯片背面。

3.2 外壳等在装片前烘烤，增强粘接强度

外壳生产过程中如洗濯不干净，表面会有沾污或洗濯残留物；其余，外壳在贮存过程中，表面会吸附空气中的水汽等，在装片前对外壳进行烘烤等处理，可去除部分外壳生产过程中的残留物及表面吸附的水汽，以提高粘接面的粘接性能。

图 6 是外壳经烘烤后，装片的样品做芯片粘接强度测试的界面，粘接材料大部分留于外壳镀金层上，解释装片粘接材料与镀金基座拥有较好的粘接强度。
而未进行烘烤的外壳，装片后强度测试粘接材料与外壳镀金层发生了完备分离的征象，这解释了粘接材料与镀金层之间的打仗不良，造成两者之间强度较弱，拜会图 7。

3.3 优选芯片粘接材料以提高粘接强度

在气密封装中，粘接剂需具备：高的粘附强度、热分解温度及高稳定性、少量乃至不含溶剂、低的水汽含量。

为了提高电路芯片的粘接强度，对芯片粘接材料需进行优选，选择较高的温度 T g 、与芯片及基板匹配的低 CTE 膨胀系数且弹性模量低的粘接材料，使粘接后的粘接层的内应力较低；同时，选择在固化过程中和固化后重量丢失率低的粘接材料，材料构造致密且固化后孔隙率较低，从而提高芯片的粘接强度，担保芯片粘接的可靠性。

图 8 利用的高温导电胶装片粘接材料热失落重百分比低、固化后的组织构造致密，从 X 射线图片中可看到，芯片粘接层中只有个别的小孔隙，芯片有效粘接面积在98%以上，5.0mm5.0mm的样品抗剪、抗拉强度测试值都大于10kg，知足了芯片粘接可靠性哀求。

图 9 利用的绝缘玻璃粘接材料，固化后粘接材料中存在大量气孔，粘接层强度低，分离基本在粘接层中，大部分样品抗剪、抗拉强度测试参数小于2.0kg，不能知足芯片粘接可靠性哀求，此种材料完备不能运用于有强度哀求的粘接。

3.4 掌握粘接剂固化后的余留厚度，提高粘接可靠性

装片操作中如将粘接层设置过薄，必将影响芯片的粘接强度，得当的粘接层厚度在芯片 - 粘接层受到外界的各种应力时可起到应力缓冲的浸染，从而提高粘接的可靠性。

粘接层厚度需根据芯片的尺寸和粘接材料固化后的紧缩特性来设置粘接剂的厚度。
一样平常情形下，芯片面积与粘接剂的厚度近似成正比，芯片面历年夜粘接层厚度可适当厚一些。
粘接材料在固化过程中会有部分溶剂或低分子挥发物挥发掉，固化后的厚度会比分配时的厚度要薄一些，因此在设置时需根据粘接剂固化前、后的参数变革值，确定粘接层厚度，从而提高芯片粘接的强度哀求。

3.5 优化固化工艺曲线，降落粘接材料中孔隙率

固化是装片工艺的关键所在，粘接层中的孔隙率若偏高，使芯片有效粘接面积降落，从而影响芯片的粘接强度；其余大量孔隙的存在使芯片的导热性能低落，使器件的可靠性受影响，因此对粘接层中的孔隙率要加强掌握。

粘接材料在固化期间，溶剂或水汽会开释出来，若气体聚拢则会产生空隙，固化后孔隙将残留在粘接层中，从而影响芯片的粘接强度。
针对这种情形，需优化固化工艺曲线，使粘接材料中的挥发性气体均匀逸出，从而不会因升温过快使胶体表面先“结壳”，加剧产生孔隙而影响结合强度。
固化后通过 X 射线仪来检讨和剖析粘结层以及粘接界面是否存在孔隙等，来确定固化曲线设置的利害。

4 芯片粘接强度的丈量方法及影响

4.1 芯片粘接强度的丈量方法

掌握芯片粘接强度，必须对芯片粘接进行精确、有效地丈量。
芯片粘接强度的丈量方法有两种 [2] ：剪切强度测试、抗拉强度测试。
芯片剪切强度测试如图 10 所示。
施加平行于芯片的长边的力，将芯片剪切下来的力的大小直接反响出芯片与粘接层、粘接层、粘接层与外壳 / 基座间的粘接强度。

芯片抗拉强度测试如图11 所示。
在芯片上施加垂直于表面的浸染力，以检测粘接面历年夜于5mm 2 的芯片与粘接层、粘接层、粘接层与外壳 / 基座间的附着强度。

4.2 丈量中须要把稳的几个问题

为了能够精确地丈量出芯片的剪切强度，丈量时须要把稳以下几个问题：

（1）打仗工具的移动不要过快（负载加载速率）。
否则芯片随意马虎被剪碎或造成丈量失落败，也更易使丈量值比实际值大。

（2）测试打仗工具与芯片打仗位置至少要大于芯片厚度的1/2，如果测试打仗工具与芯片打仗的位置小于芯片厚度的1/2，芯片随意马虎被剪碎；但也不能打仗粘接层，更不能与外壳 / 基座打仗。
否则，测试值不能真实反应芯片实际粘接强度。

（3）施加的力的方向始终保持与外壳 / 基座上的芯片平行。
如果施力的方向不平行，芯片边缘随意马虎被剪碎，且测试值会偏离芯片实际的剪切强度。

（4）芯片或芯片连同粘接层已从外壳/基座上分离时，丈量的打仗工具要及时停滞，以防止其连续移动碰到外壳/基座或其他物体，避免连续施力使丈量值大于实际抗剪强度。

（5） 芯片较薄（如180m等）、芯片面积过大（如5.0mm5.0mm）则不适宜利用抗剪强度测试来检测芯片的粘接质量，因测试打仗面相对较小，硅芯片在分离前已经碎了，无法丈量出剪切强度。

芯片抗拉强度丈量还需把稳：

（1）打仗工具与芯片的打仗面积应≥60% 的芯片面积，否则不能真实反响粘接强度，为不可信数据，其远小于真实值。

（2） 快速凝固粘结剂不许可流出芯片表面，否则快速凝固粘结剂会将芯片与装片粘接材料、外壳/基座粘接，测试施加的力会大于芯片本身实际的抗拉强度，此测试数据也应作无效处理。

5 结论

根据芯片的强度测试，对芯片施加力的大小、及在该力浸染下产生的失落效类型（如涌现失落效）以及残留的芯片附着材料和外壳 / 基座各粘接界面的描述，进行精确的分类并剖析引发失落效或强度弱的干系成分，找出干系缘故原由，针对性地从粘接材料、封装工艺履行改进，从而提高芯片粘接的可靠性。