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布魯爾科技推出暫時性貼合/剝離(TB/DB)產品
應對先進封裝挑戰

【CTIMES/SmartAuto 王明德 報導】   2017年05月02日 星期二

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1.在以TSV、3D-IC與散出型晶圓級封裝 (FOWLP) 製造 2.5D 中介層時,暫時性貼合 (TB) 與剝離扮演了什麼樣的角色?其重要性為何? 暫時性貼合材料最關鍵的要求為何?

暫時性貼合/剝離 (TB/DB) 是薄晶圓處理技術中相當關鍵的一種兩部分製程步驟,該技術已用於許多先進的封裝應用中。其重要性隨著發展計劃朝向進階的異質整合技術發展,以便滿足業界對於低功耗、改善性能、短卡與更小尺寸的要求,因而日趨重要。需要進行薄晶圓處理的製程包含使用直通矽穿孔 (TSV)、2.5D 中介層與散出型晶圓級封裝 (FOWLP) 的晶圓與晶粒堆疊,以及某些化合物半導體製程。在這些應用之中,裝置晶圓暫時地貼合到一個載具晶圓上,以便幫助其後的製程步驟中,之後接著進行剝離步驟。

在 2.5D 中介層與 3D IC 的狀況中,將在整個背面製程步驟中使用暫時性貼合,之後將把晶圓從載具上剝離。由於晶圓的厚度從 100 μm 下降到了 25 μm,甚至更薄,而更小的邊緣排除區需要更先進的整合製程,因此黏合與剝離變等更加具有挑戰性。熱壓接合貼合用來製作無焊接接合,且將影響溫度要求。因此貼合材料的總厚度變化 (TTV) 變得更加重要,且必須能承受更高的溫度,但又不能影響晶圓或晶粒到晶圓堆疊的機械剛度。

FOWLP 架構正在迅速擴張,超越了傳統了 2D,將複雜的系統級封裝 (SiP) 與 3D 層疊封裝配置包含在內。此為 TB/DB 製程帶來了數個絕佳機會:舉例來說,在晶粒放置時讓薄晶圓維持 <300 μm 的平面、針對先晶片與先 RDL 應用的重新分佈層 (RDL) 製程的晶圓處理、或者作為 RDL 在載具上的增層等非傳統方法,該載具需要一個犧牲釋放層。

TB/DB 材料的主要要求根據現有製程而多有差異。我們將其區分成五大類別:

‧ 晶圓尺寸:材料必須設計成可以塗佈在 300-μm 晶圓與更大的面板上,並在薄化至 25 μm 時能具有極佳的 TTV。

‧ 應用方法:材料必須能與大面積塗佈方法兼容並用。

‧ 相關溫度:材料必須能夠在低溫下 (200°C) 中貼合,同時能夠在最高達 380°C 的回流溫度中維持穩定性。

‧ 基板類型:材料不僅必須與矽相容,也必須能支援碳化矽、重構晶圓的銀膠封膠,以及載具基板材料,包含玻璃、金屬與不銹鋼。

‧ 剝離方法:材料必須適用於化學藥品或熱釋放、以及機械與室溫剝離。此外,雷射剝離材料必須與先 RDL 製程相容。

2.暫時性貼合材料的發展現況為何?現今那一種材料佔有主導地位?哪些材料剛剛開始獲得認識?而哪些材料則正開始嶄露頭角? 熱固性與熱塑性技術間的差別為何?

TB/DB材料過去為基於目標應用的需求而發展,而非位於主導地位或基於市場接受度而開發。我們發現到人們採用 TB/DB 解決方案,因為它能極佳地滿足製程需求。例如,化學釋放 TB/DB 材料組原為支持用於化合物半導體的快速釋放、容易處理的 III-V 基板而開發出來。需要更高產能與製程簡化的矽應用,激發了次世代的改良,引領著讓熱滑移與機械剝離成為可能的材料發展。最近的材料改良則是因 FOWLP 而起,旨在支援先晶片與先 RDL 方法。這些材料在溫度與相容性上需要更多彈性,且必須維持剛性。在展望未來之際,我們正在開發支援高性能 5G 運算,以及散出型面板級製程 (FOPLP) 的材料。

熱塑性與熱固性材料則是針對不同需求的兩種不同 TB/DB 解決方案的極佳範例。就定義上來說,熱塑性材料在達到玻璃轉化溫度時便會軟化。展現出較低熱應力、在已貼合晶圓上展現平面度,且與熱滑移和溶劑剝離材料相容。另外,熱固性材料則與不會軟化的材料可交互相連;其在熱處理過程中可以保持剛度。使用選擇完全取決於應用類型。

3.布魯爾科技已開發出數個世代的 TB 材料。推動著 TB 材料性能發展的主要動力為何? 您是否能簡短介紹其獨特應用?

隨著在過去 15 年來,需要 TB/DB 製程的應用不斷地演進,布魯爾科技 TB/DB 產品的產品組合也隨之不斷變化。我們針對較早世代的產品進行了漸進式的改良,以便適應簡單與更加複雜的應用。因此,我們的初始產品線仍廣泛地使在其目的應用空間中 (III-V),而後續產品則專為處理更大的製程容許範圍要求而量身訂做。許多競爭廠商提供單一 TB/DB 材料組,我們則發展出了既具寬度、更具深度的產品組合,因為我們深知單一產品無法符合不同應用的各種需求。

我們的 Gen 1 與 Gen 2 材料全部皆與熱滑移相容,且適用於 200°C 製程。其為針對 III-V 應用設計,且可用於 2.5D 與 3D TSV 應用、晶圓薄化與需要載具支援的背面製程。

Gen 3 與 3+ 則相容於更高溫度 (225-300°C),且可以在短時間內承受熱壓接合貼合 (TCB) 溫度。這些材料展現出更佳剛性,且與回流製程相容,因此相當適用於使用重構晶圓的傳統 FOWLP。

Gen 4 產品目前仍在開發中,將能夠承受更高溫度,提供更多彈性。這些產品旨在適用於更廣泛的應用市場,也將可用於 5G 應用的先進記憶體裝置。最後,Gen 5 材料會將目標放在散出型面板級應用,能適應不同塗佈方法或基板材料應用方法。

此外,釋放層材料也已隨時間演進,與 TB/DB 相輔相成。最近的發展則為針對先 RDL 製程,並非絕對用於貼合目的,但可在先進的 SiP 應用中支援載具上的封裝增層。

4.業界現正朝向以更高溫處理更薄、更高應力且更大面積的晶圓與面板前進。TB 材料的趨勢為何? 發展趨勢是否朝向可以承受高溫與高應力的暫時性貼合材料前進?

我們在 2.5D 與 3D IC 應用中經常遇到需要在 270-380°C 範圍內進行功率裝置的無焊接、直接金屬對金屬貼合的 TCB 製程流。我們正在觀察此狀況是否會維持在利基市場應用,或者是否會發展成大型市場。

同樣地,在 FOPLP 方面,仍存有其是否擁有足夠業務量來增加面板產線的疑慮。當我們看到清晰的市場走向時,我們將迅速地朝向該領域發展。

這是在 FOWLP 製程中首次於壓縮成形不僅採用了真空,同時也使用了高應力處理。TB/DB 材料必須具有機械穩定性,以便在高應力之下支持黏晶。我們正與顧客和財團們攜手合作,保持領先地位並確保我們的次世代產品能滿足這些需求。

5.布魯爾科技將如何幫助顧客持續降低成本,並改善產能與良率? 布魯爾科技的次世代產品是否廣受主要顧客的青睞?

我們的最終目標是讓 TB/DB 製程變得更加有效率且簡單。我們已透過代際改善來達成此目的,讓我們的材料能處理更廣的製程容許範圍。舉例來說,我們的 Gen 4 材料組可在室溫下進行貼合與剝離,但是也可以承受極高溫的製程。

我們正持續與亞洲、北美與歐洲的工具合作伙伴們一起努力,微調現有製程以便達到更高產量,並確保我們的材料相容於全球顧客可取得的各種工具。

關鍵字: 貼合  剝離  TB  DB  晶圓級封裝  FOWLP  TSV  3D-IC  布魯爾  製程材料類 
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