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用于超薄扇出堆疊型封裝的激光剝離

知識百科

據麥姆斯咨詢報道 ， 扇出型封裝（fan－out packaging）是應用于眾多移動應用的成熟技術 。 早期的半導體封裝一直是單芯片封裝 ， 為支持功能增加導致布線密度越來越大的發展趨勢 ， 要求更復雜的封裝、堆疊封裝（stacked packages）、系統級封裝（systems inpackage） ， 同時還要滿足高性能 。 隨著技術的發展 ， 扇出型封裝正在縮小成本與高性能之間的矛盾 。 無論是為滿足更小尺寸的需求使晶圓變薄 ， 實現焊料成本的節約 ， 還是作為重新布線層（redistribution－layer ， RDL）首步工藝的工藝平臺 ， 所有封裝均需要臨時鍵合（temporary bonding） 。
臨時鍵合需要鍵合（bonding）和剝離（debonding）兩種工藝 。 從扇出型晶圓級封裝（fan－out wafer－level packaging ， FoWLP）到功率器件 ， 每種應用在工藝溫度、機械應力和熱預算等方面都有獨特的要求 ， 因此確定合適的剝離技術比較困難 。 這里只是枚舉了幾個例子 ， 實際情況更為復雜 。 我們將在本文中重點討論激光剝離（laser debonding）：如抗高溫更兼容的材料可應用于哪些情況 ， 激光剝離的特性適于哪些應用等 。
為了控制剝離帶來的熱輸入 ， 紫外激光（UV lasers）常被用于剝離不同材料供應商提供的不同臨時鍵合材料 。 為了確保最低的維護工作量 ， 二極管泵浦固體激光器（diode－pumped solid－state ， DPSS）可將高度工藝控制的光束整形光學（beam－shaping optics）與最低熱輸入相結合 ， 不失為是一項正確的選擇 。

用于超薄扇出堆疊型封裝的激光剝離

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圖1 Chipfirst扇出型晶圓級封裝制造工藝流程示意圖
用于超薄扇出堆疊型封裝的激光剝離

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圖2 Chiplast扇出型晶圓級封裝（又稱RDL first）制造工藝流程示意圖
扇出型晶圓級封裝（FoWLP）中臨時鍵合面臨的挑戰
FoWLP能在行業內收獲巨大利益 ， 一定程度上取決于其采用了載板（carrier） ， 臨時鍵合材料對化學和熱兼容性的要求很高 。 某些聚酰亞胺符合這種嚴苛的環境 ， 也適用于激光剝離 。
盡管鍵合和剝離都是FoWLP的工藝 ， 但兩者的需求差異很大 。 通過觀察各種應用中不同的半導體工藝 ， 顯然沒有任何一種剝離工藝解決方案可與所有的半導體工藝兼容 ， 多個解決方案是必然選擇 。 這就是開發出的各種各樣的剝離工藝（剝離技術是臨時鍵合的特征）至今仍都在使用的原因 。
主流剝離技術的比較
最常見的方法有：熱滑動剝離（thermal slide－off debonding）、機械剝離（mechanical debonding）和紫外激光剝離（UV laser debonding） 。 這三種方法均適用于大批量生產 ， 在工藝兼容性方面差異巨大 。
【用于超薄扇出堆疊型封裝的激光剝離】熱滑動剝離（thermal slide－off debonding）是一種利用熱塑材料作為器件與載板晶圓（carrier wafer）之間粘合夾層（adhesive interlayer）的方法 。 該方法利用了熱塑材料的可逆熱特性 ， 意味著在較高的溫度下 ， 該材料的粘度會下降 ， 從而能通過簡單地滑動兩邊的晶圓來完成剝離 。 熱剝離的特點是根據熱塑材料的溫度特性 ， 使用范圍在130°C到350°C之間 ， 因此在較高的溫度下就可完成鍵合與剝離 。 溫度穩定性在很大程度上取決于機械應力 ， 我們可以觀察到這是由于熱塑材料在高溫下具有低粘度 。
機械剝離（mechanical debonding）是一種高度依賴晶圓表面特性、臨時鍵合材料的粘附力和內聚力的方法 。 對于大多數材料系統 ， 均可使用機械釋放層（mechanical release layer）來實現可控剝離 。 機械剝離的主要特點是：可在室溫下處理 ， 且強烈依賴機械應力 。 由于機械剝離需要在臨時鍵合材料與晶圓間產生低粘附力才能成功剝離；因此 ， 在FoWLP應用中使用這種方法是有些困難的 。 這是因為FoWLP工藝中產生的較高應力會導致自發性的剝離 ， 甚至在減薄工藝中也會出現 ， 這就會導致良率的急劇下滑 。
激光剝離（laser debonding）是一種通過幾種不同的變量來實現剝離的技術 。 該方法的剝離機制依賴于：激光種類、臨時鍵合膠 ， 以及用于該工藝的特定釋放層 。 紅外激光剝離依靠熱過程進行工作：將光吸收并轉化為熱能 ， 從而在鍵合界面內產生高溫 。 紫外激光剝離則通常依靠化學過程進行工作：使用光吸收的能量來破壞化學鍵 。 破壞聚合物的化學鍵會導致原始聚合物進行分解 。 分解物包括氣體 ， 就會增加鍵合界面的壓力 ， 因而幫助剝離 。 由于在剝離工藝前 ， 臨時鍵合膠對晶圓具有很高的粘附力 ， 因此這種方法非常適用于FoWLP應用中 。