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嘉峪檢測網(wǎng) 2025-08-07 22:45
Die Attach，也稱為晶粒粘接（Die Bonding）或晶粒安裝（Die Mount），是半導(dǎo)體行業(yè)中一種關(guān)鍵工藝。它通過專用設(shè)備將硅芯片固定在半導(dǎo)體封裝的支撐結(jié)構(gòu)上，如引線框架（Lead frame）或金屬殼體底座（Metal Can Header）的晶粒焊盤（Die Pad）上。作為半導(dǎo)體后端制造流程的重要環(huán)節(jié)，Die Attach工藝不僅確保芯片與封裝結(jié)構(gòu)之間的機(jī)械穩(wěn)固連接，還對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性作用。
本文將全面探討Die Attach的基礎(chǔ)知識、其重要性、所使用的材料與方法、工藝參數(shù)控制，以及質(zhì)量與可靠性保障技術(shù)。
#01 什么是die attach
Die Attach（晶粒粘接）是半導(dǎo)體器件制造與封裝過程中至關(guān)重要的一道工藝環(huán)節(jié)。它的核心任務(wù)是將半導(dǎo)體芯片——
即整個器件的 “智能中樞” ——牢固地粘接到基板或封裝體上。根據(jù)電子器件的不同設(shè)計(jì)和功能需求，封裝形式多種多樣，包括但不限于引線框架（Lead Frame）、陶瓷基板（Ceramic Substrate）以及印刷電路板（PCB）等。
Die Attach工藝對電子設(shè)備的整體性能和長期可靠性起著決定性作用。首先，它通過在芯片與封裝體之間形成穩(wěn)定且堅(jiān)固的機(jī)械連接，有效保護(hù)芯片免受組裝、運(yùn)輸及使用過程中產(chǎn)生的機(jī)械沖擊和壓力損傷。其次，粘接層不僅起到機(jī)械固定的作用，更是芯片熱管理體系中的關(guān)鍵組成部分。它充當(dāng)高效的熱傳導(dǎo)橋梁，將芯片在運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量迅速傳遞至封裝體或基板，有助于維持芯片的工作溫度在安全且穩(wěn)定的范圍內(nèi)，避免過熱帶來的性能退化和壽命縮短。
尤其對于高功率半導(dǎo)體器件而言，Die Attach的熱管理功能尤為關(guān)鍵。隨著器件功率密度的不斷提升，芯片產(chǎn)生的熱量顯著增加，合理的熱量散發(fā)成為保障器件穩(wěn)定運(yùn)行和防止失效的關(guān)鍵因素。因此，高品質(zhì)的Die Attach工藝不僅提升了器件的熱性能，也顯著增強(qiáng)了其機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能，為現(xiàn)代高性能半導(dǎo)體器件的可靠性和長壽命提供了堅(jiān)實(shí)保障。
1.1 Die Attach的基本作用
在微電子領(lǐng)域，“die”指的是構(gòu)建了完整電路功能的微小半導(dǎo)體材料片。通常，這些芯片由硅（Silicon）制造，但根據(jù)具體應(yīng)用需求，也可能采用其他半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（GaAs）或碳化硅（SiC）。芯片內(nèi)部集成了晶體管、電容、電阻等多種電子器件，是實(shí)現(xiàn)各種電子功能的核心基礎(chǔ)。
1. Die Attach（晶粒粘接）工藝的核心任務(wù)
Die Attach工藝的主要目的是將芯片牢固地粘接到封裝體或基板上，實(shí)現(xiàn)可靠的機(jī)械固定和熱傳導(dǎo)功能。其連接具有兩個關(guān)鍵作用：
機(jī)械連接
該連接為芯片提供結(jié)構(gòu)上的支撐與固定，使其能夠承受封裝后續(xù)工藝、運(yùn)輸及最終使用過程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和沖擊，防止芯片移位、破裂或脫層。
熱通道
Die Attach層作為芯片與封裝或基板之間的重要熱橋梁，有效將芯片工作時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，促進(jìn)散熱，確保芯片工作溫度保持在安全范圍內(nèi)。對于功率密度較高的器件，這一點(diǎn)尤為關(guān)鍵，因?yàn)闇囟冗^高不僅影響性能，還可能導(dǎo)致器件失效。
2. Die Attach對電子器件性能與可靠性的決定性影響
熱管理功能
芯片在工作過程中會產(chǎn)生大量熱能。若不能及時散熱，芯片溫度將持續(xù)上升，導(dǎo)致電路性能下降、加速老化甚至發(fā)生失效。Die Attach層的熱導(dǎo)性能直接影響熱量傳導(dǎo)效率。例如，金硅（AuSi）共晶合金的熱導(dǎo)率約為57 W/mK，能高效傳遞芯片熱量，保障設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
機(jī)械穩(wěn)定性保障
半導(dǎo)體芯片材質(zhì)脆弱，易受機(jī)械沖擊和熱循環(huán)應(yīng)力的影響而破裂或出現(xiàn)層間剝離。優(yōu)質(zhì)的Die Attach工藝通過形成強(qiáng)勁且均勻的機(jī)械結(jié)合，提升芯片的抗沖擊能力，降低因熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力集中，延長器件壽命。
可靠性與缺陷控制
Die Attach層中的缺陷，如空洞（voids）、裂紋或材料不均勻分布，可能引發(fā)局部熱熱點(diǎn)或機(jī)械應(yīng)力集中，增加器件故障風(fēng)險。研究顯示，控制環(huán)氧類粘接材料中的空洞率低于1%，能顯著提升功率半導(dǎo)體器件的長期可靠性和使用壽命。
綜上所述，Die Attach不僅是實(shí)現(xiàn)芯片與封裝的物理連接，更是確保器件熱管理、機(jī)械穩(wěn)固及整體可靠性的重要基礎(chǔ)工藝。隨著半導(dǎo)體技術(shù)向高性能、高功率密度方向發(fā)展，Die Attach工藝的質(zhì)量和材料選擇對提升終端電子產(chǎn)品的性能和壽命起到越來越關(guān)鍵的作用。
1.2 Die Attach 使用的材料
用于Die Attach的材料統(tǒng)稱為晶粒粘接材料（Die Attach Materials，簡稱DAMs），主要包括釬焊合金、導(dǎo)電膠以及共晶合金等。材料的選擇不僅關(guān)系到機(jī)械強(qiáng)度，還需綜合考慮其熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率以及與芯片和基板的材料兼容性，因而對最終電子器件的性能和壽命具有決定性影響。
根據(jù)材料屬性和應(yīng)用需求，Die Attach材料大致可分為三大類：金屬合金、陶瓷材料和聚合物材料，各具優(yōu)勢和局限，適用于不同的應(yīng)用場景。
1. 金屬合金類
金屬合金材料以其優(yōu)異的熱導(dǎo)和電導(dǎo)性能，廣泛應(yīng)用于高性能和高功率半導(dǎo)體器件中。常見的金屬合金包括：
金錫合金（AuSn）
熔點(diǎn)約280°C，熱導(dǎo)率高達(dá)約58 W/mK。憑借其優(yōu)異的熱導(dǎo)性和機(jī)械強(qiáng)度，AuSn是高功率器件中理想的Die Attach材料，能有效保證芯片的散熱效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。但由于金屬材料中金的成本較高，使得整體材料成本相對較大，限制了其在成本敏感型應(yīng)用中的普及。
金硅合金（AuSi）
典型共晶合金，熔點(diǎn)約363°C，適用于工作溫度較高的環(huán)境，且同樣具備良好的熱導(dǎo)性能（約57 W/mK）。其較高的熔點(diǎn)使其更適合高溫工況下的器件封裝，保證長期的熱穩(wěn)定性。
2. 陶瓷類材料
以銀填充玻璃（Silver-filled Glass）為代表的陶瓷類Die Attach材料，兼具良好的熱性能與電氣絕緣特性。
熱導(dǎo)率：通常在3～4 W/mK范圍，雖然低于金屬合金，但足以滿足大多數(shù)普通功率器件的散熱需求。
加工溫度：一般低于200°C，相比金屬合金具有更低的工藝溫度，適合溫度敏感型芯片。
優(yōu)勢：具備優(yōu)良的電絕緣性能，適合對電氣隔離要求較高的應(yīng)用，同時成本相對適中。
3. 聚合物類材料
聚合物Die Attach材料主要以環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)，填充銀粒子以提升導(dǎo)熱性能，是目前應(yīng)用廣泛的低成本方案。
純環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率較低，僅約0.2 W/mK，但通過添加銀粒子填料，熱導(dǎo)率可提升至3～4 W/mK，接近銀填充玻璃陶瓷的水平。
加工溫度：通常低于150°C，工藝相對簡單，兼具較好的機(jī)械強(qiáng)度和粘接性。
應(yīng)用：因成本較低且工藝靈活，廣泛應(yīng)用于中低功率器件及成本敏感型產(chǎn)品。
不同應(yīng)用場景下，Die Attach材料的選擇需要綜合考慮以下關(guān)鍵因素：
熱性能：確保芯片的熱量能有效散發(fā)，防止過熱導(dǎo)致性能衰退或失效。
電性能：部分材料需具備良好的導(dǎo)電性，或者需要電絕緣特性以防短路。
機(jī)械強(qiáng)度：保證芯片在后續(xù)制造及使用過程中不受機(jī)械損傷。
加工溫度：需兼顧封裝工藝的溫度限制，避免對芯片或基板造成熱損傷。
成本控制：根據(jù)產(chǎn)品定位平衡性能與制造成本。
綜上所述，選擇合適的Die Attach材料是實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性和經(jīng)濟(jì)性的半導(dǎo)體封裝設(shè)計(jì)的重要保障。
1.3 Die Attach（晶粒粘接）工藝
從晶圓切割下來的芯片（Die）需通過多種不同的Die Attach工藝，精確地固定在基板上的特定焊盤位置，這個焊盤通常稱為“Die Attach Pad”（晶粒粘接焊盤）?；蹇梢允且€框架（Lead Frame）、金屬底座（Metal Substrate）或其他封裝支撐結(jié)構(gòu)，起到支撐和熱散作用。
1. Die Attach工藝中的關(guān)鍵設(shè)備與動作
在Die Attach（晶粒粘接）或Die Bonding（晶粒鍵合）過程中，核心環(huán)節(jié)是對芯片（Die）與基板（Substrate，通常為引線框架）進(jìn)行精確對位和粘接。整個過程依賴于高精度的Die Attach設(shè)備，主要動作包括：
精密對位：通過視覺系統(tǒng)和運(yùn)動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)芯片與基板焊盤的納米級對準(zhǔn)，確保粘接位置準(zhǔn)確無誤，避免因偏移導(dǎo)致后續(xù)封裝或電氣性能問題。
拾取與放置：使用拾取工具（Pick-Up Tool）或晶粒夾頭（Die Collet）沿Z軸方向下移，輕柔接觸或靠近芯片表面完成拾取與放置動作。
頂出機(jī)構(gòu)配合：設(shè)備內(nèi)設(shè)有頂針（Ejector Needles）、針架（Needle Holders）及“胡椒孔盤”（Pepper Pots）等元件，配合拾取系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)芯片從晶圓膠膜（Die Attach Film）上的頂出，確保芯片順利脫離并穩(wěn)定被拾取。
真空固定：拾取過程中，利用真空壓力吸附芯片，防止芯片滑動或脫落，保障芯片在轉(zhuǎn)移和放置環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
2. Die Attach工藝流程主要步驟
1）晶圓擴(kuò)張（Wafer Expansion）
經(jīng)過測試和探針檢測的晶圓由晶圓制造廠供給。為方便后續(xù)自動拾取和粘接操作，晶圓會經(jīng)過擴(kuò)張工藝，即增加相鄰芯片間的間距，從而為光學(xué)識別（晶圓映射）和機(jī)械拾取提供足夠空間。擴(kuò)張工藝使各芯片保持在晶圓原陣列中的相對位置，但實(shí)際占據(jù)的面積增加。隨著芯片尺寸日益縮小和厚度減薄，晶圓擴(kuò)張工藝的應(yīng)用有所減少，部分生產(chǎn)流程直接采用切割后的單片芯片。
2）Die Attach / Die Bonding
晶粒粘接方式多樣，按材料和工藝性質(zhì)大致可分為兩類：
共晶粘接（Eutectic Attach）
利用共晶合金（如AuSn、AuSi）通過加熱使材料熔化流動，形成牢固的金屬鍵合，適合高導(dǎo)熱、高可靠性要求的器件。
膠粘接（Adhesive Attach）
主要使用環(huán)氧樹脂、紫外固化膠或?qū)щ娔z等聚合物膠黏劑，在較低溫度條件下固化完成粘接，適合對溫度敏感的器件及成本控制要求較高的應(yīng)用。
每種方法在材料選擇、加工溫度、壓力控制及粘接性能方面均存在差異，需根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝要求優(yōu)化。
#02 常見die attach方式
2.1 軟釬焊 Die Attach（Soft Solder Die Attach）
軟釬焊 Die Attach 是一種經(jīng)典的芯片粘接工藝，采用低熔點(diǎn)金屬釬料作為粘接材料，將芯片牢固地固定在引線框架（Lead Frame）或金屬基板的 Die Pad（粘接焊盤） 上。所使用的釬料通常以線材卷（wire roll）的形式提供，通過設(shè)備加工成片狀或預(yù)成型（preform）形態(tài)用于裝配。
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分類 |
內(nèi)容 |
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優(yōu)點(diǎn) |
• 工藝成熟，適合大批量自動化生產(chǎn)。 |
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• 金屬間連接強(qiáng)度高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好。 |
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• 可重復(fù)性好，適用于高一致性要求的產(chǎn)品。 |
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局限性 |
• 釬料的熱導(dǎo)率（約30–60 W/m·K）相較共晶合金或銀燒結(jié)材料略低。 |
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• 粘接過程中可能產(chǎn)生空洞（Voids）或焊接不良，影響熱性能與可靠性。 |
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• 某些釬料成分含鉛，需滿足RoHS等環(huán)保法規(guī)限制。 |
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應(yīng)用場景 |
• 適用于中等功率要求的功率半導(dǎo)體、LED封裝、傳感器等。 |
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• 在對成本、工藝溫度控制要求適中的中高端電子封裝中具有廣泛應(yīng)用。 |
工藝流程概述：
晶圓芯片準(zhǔn)備與頂出（Ejection）
芯片（Die）從晶圓切割完成后，仍附著在背膠膜上。通過頂針（Ejector Pin）系統(tǒng)從晶圓背面輕柔頂起，使芯片脫離黏膠，準(zhǔn)備進(jìn)行拾取操作。
芯片拾取與精確貼裝（Pick & Place）
拾取工具（Pick and Place Tool，亦稱 Pick-Up Tool 或 Die Collet）從晶圓上拾取芯片，并在視覺定位系統(tǒng)引導(dǎo)下，將芯片精準(zhǔn)放置到引線框架的 Die Attach 區(qū)域上。
釬料沉積與貼裝
粘接區(qū)域預(yù)先鋪放釬料片（Solder Preform）或沉積釬膏（Solder Paste），芯片放置后通過貼裝頭加壓，使其與釬料良好接觸。
加熱回流（Reflow Soldering）
整個結(jié)構(gòu)被加熱至釬料的熔點(diǎn)以上（如 SnPb 合金約183°C，SAC合金約217°C），釬料熔化后潤濕芯片背面與基板金屬面，冷卻后形成穩(wěn)定的金屬鍵合。
釬料材料特點(diǎn)（常見種類）：
SnPb（錫鉛）合金：傳統(tǒng)釬料，潤濕性好，易加工，但不符合RoHS環(huán)保要求；
SnAgCu（SAC）合金：無鉛環(huán)保釬料，力學(xué)性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛；
InSn（銦錫）合金：低熔點(diǎn)、高延展性，適用于熱敏器件。
2.2 共晶 Die Attach（Eutectic Die-Attach）
共晶 Die Attach 是一種利用金屬共晶合金（如金-硅、金-錫）作為粘接材料的高可靠性粘接工藝。與軟釬焊方式不同，此工藝不使用預(yù)制的釬料片（Soft Solder Preforms），而是依賴芯片與基板（金屬底座或引線框架）之間的金屬層直接反應(yīng)形成共晶連接。
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分類 |
內(nèi)容 |
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優(yōu)點(diǎn) |
• 形成可靠的金屬間結(jié)合，具有極高的粘接強(qiáng)度和長期熱穩(wěn)定性 |
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• 出色的導(dǎo)熱性（如 Au-Si 熱導(dǎo)率約 57 W/m·K），適用于高功率散熱要求 |
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• 耐高溫、耐老化，適合苛刻環(huán)境下的長期使用 |
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• 工藝成熟，易于集成到高端自動化封裝流程中 |
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局限性 |
• 工藝溫度較高（一般 > 360°C），對芯片和封裝材料的耐熱性提出更高要求 |
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• 對工藝參數(shù)（溫度、時間、壓力）控制要求嚴(yán)苛，稍有偏差可能導(dǎo)致連接不良或金屬脆化 |
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• 材料成本較高（例如金屬鍍層或AuSn合金） |
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• 不適用于熱敏感器件或低溫工藝平臺 |
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典型應(yīng)用場景 |
• 射頻（RF）功率器件、高頻通信芯片（如PA、LNA等） |
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• 激光器、光電探測器等光電器件封裝 |
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• 高可靠性要求的航空航天或軍工電子產(chǎn)品 |
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• 高功率LED、微波模塊、雷達(dá)發(fā)射端器件等 |
在實(shí)際應(yīng)用中，引線框架的 Die Attach 區(qū)域通常只在局部鍍銀（Ag），而芯片背面則鍍有金（Au）層。當(dāng)芯片被放置在 Die Pad 上后，整個組件會在 Die Attach 設(shè)備中加熱至合金的共晶溫度以上（如金-硅共晶溫度約為363°C），觸發(fā)金與硅之間的合金反應(yīng)，熔融并形成牢固的金屬間結(jié)合。
為提高界面潤濕性并排除微小氣泡，工藝中還常引入微幅“擦拭運(yùn)動（Scrub Motion）”，該運(yùn)動有助于：
加速金屬間原子擴(kuò)散；
排除粘接區(qū)域內(nèi)的氣泡或污染物；
促進(jìn)共晶材料在界面均勻鋪展；
提升粘接均勻性和熱導(dǎo)路徑穩(wěn)定性。
金-硅共晶連接（Au-Si）特別適用于高溫、高功率電子封裝，如雷達(dá)、光電器件和射頻功率器件等場景，因其具備：
高熔點(diǎn)（>360°C）；
良好的導(dǎo)熱性（熱導(dǎo)率~57 W/m·K）；
卓越的可靠性和長期熱穩(wěn)定性。
2.3 環(huán)氧 Die Attach（Epoxy Die-Attach）
環(huán)氧 Die Attach 是一種通過環(huán)氧類導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠粘劑將芯片固定至封裝結(jié)構(gòu)（如引線框架、金屬基板、陶瓷載體等）上的粘接工藝，廣泛應(yīng)用于中低功率器件的封裝中。
在此工藝中，使用環(huán)氧 Die Bonder 或精密點(diǎn)膠設(shè)備，先將環(huán)氧粘接材料（Epoxy Adhesive）精確滴布在目標(biāo)基板的粘接焊盤（Die Bond Pad）上。然后通過拾取工具（Pick-Up Tool）將芯片準(zhǔn)確放置在膠點(diǎn)上。在貼裝完成后，組件需按照材料廠商推薦的固化曲線（Cure Profile）進(jìn)行加熱，以使環(huán)氧材料交聯(lián)固化，形成可靠的機(jī)械與熱連接。
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分類 |
內(nèi)容 |
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優(yōu)點(diǎn) |
• 工藝溫和，固化溫度低（一般 < 175°C），適用于溫度敏感芯片及器件； |
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• 粘接過程無需復(fù)雜真空或惰性氣氛環(huán)境，工藝設(shè)備簡單、成本低； |
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• 可通過填充銀粉等方式提升熱導(dǎo)率，導(dǎo)熱性可達(dá) 3~8 W/m·K； |
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• 可大面積覆蓋芯片底部，適配尺寸較大或不規(guī)則的 Die； |
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• 適合自動化點(diǎn)膠/貼片工藝，重復(fù)性與良率較高。 |
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局限性 |
• 相較金屬焊料或燒結(jié)銀材料，熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率仍偏低（銀填料環(huán)氧為中等水平）； |
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• 環(huán)氧老化后可能出現(xiàn)脆化或界面脫層，長期可靠性需控制濕氣、熱應(yīng)力等因素； |
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• 粘接層中可能產(chǎn)生空洞或氣泡，影響熱管理與粘接強(qiáng)度； |
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• 若溢膠至焊盤區(qū)域，可能影響后續(xù)引線鍵合或封裝步驟。 |
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典型應(yīng)用場景 |
• 中低功率器件（如邏輯芯片、LED、小信號放大器等）； |
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• 高性價比消費(fèi)類電子產(chǎn)品（如攝像頭模組、功放模組等）； |
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• 環(huán)境條件要求溫和、無需極高導(dǎo)熱或電導(dǎo)性能的場合； |
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• 對封裝尺寸、粘接面積有較高靈活性要求的產(chǎn)品，如大面積芯片、電源模塊。 |
常用環(huán)氧類材料包括：
環(huán)氧樹脂（Epoxy）： 應(yīng)用最廣，通常需加熱固化，具備良好機(jī)械性能和較低加工溫度；
聚酰胺（Polyimide）： 適用于高溫環(huán)境，耐熱性能更優(yōu)；
填銀環(huán)氧（Ag-filled Epoxy）： 在環(huán)氧基體中加入高導(dǎo)熱銀顆粒，提升熱導(dǎo)率至 3–8 W/m·K，兼顧粘接強(qiáng)度與熱管理能力；
銀粉玻璃材料（Glass-Frit with Ag）： 屬于復(fù)合材料，可提供更強(qiáng)的耐溫性和低揮發(fā)性，適用于特殊封裝需求。
芯片貼裝后，其四周與環(huán)氧粘接劑接觸形成的區(qū)域即為“環(huán)氧覆蓋區(qū)（Epoxy Coverage Area）”，該區(qū)域的大小與均勻性直接影響芯片的散熱通道和應(yīng)力分布。覆蓋不充分可能導(dǎo)致空洞或應(yīng)力集中，而覆蓋過多則易產(chǎn)生溢膠，污染焊盤或引腳區(qū)，影響后續(xù)封裝質(zhì)量。
工藝特點(diǎn)：
固化溫度低（一般在 125~175°C 之間），適合溫度敏感型芯片；
工藝靈活，便于實(shí)現(xiàn)自動化與批量生產(chǎn)；
材料配方多樣，可根據(jù)需求選擇導(dǎo)熱性、粘接強(qiáng)度、低釋氣性等性能。
2.4 紫外固化 Die Attach（UV Die Attach）
紫外固化 Die Attach 是一種利用紫外光照射促使粘接材料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)芯片固定的工藝方法，常用于處理丙烯酸類壓敏膠（PSA）或紫外光敏型 Die Attach Film（DAF）。
該工藝通過紫外線（通常波長范圍為 365~400 nm）照射粘接膜，使其粘性降低、力學(xué)強(qiáng)度上升，形成更加穩(wěn)定且可控的粘接界面。特別適用于薄型晶圓、堆疊封裝或芯片對膜類結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
技術(shù)優(yōu)勢：
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類型 |
描述 |
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粘接力精準(zhǔn)可控 |
UV固化可調(diào)整粘接層的剪切強(qiáng)度和表面黏附性，減少芯片飛脫、移位等風(fēng)險。 |
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適用于超薄晶圓 |
在堆疊封裝（如PoP、3D封裝）中，可有效提升對薄晶圓的控制力，防止切割過程中芯片飛出。 |
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工藝兼容性強(qiáng) |
紫外固化膜廣泛兼容當(dāng)前主流的晶圓貼片、切割與鍵合工藝，支持大尺寸晶圓。 |
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無熱固化影響 |
不依賴熱源，對溫度敏感器件尤其友好。 |
關(guān)鍵應(yīng)用挑戰(zhàn)與注意事項(xiàng)：
固化深度受限：UV固化存在光穿透限制，尤其在多層膜或厚封裝中，需特別設(shè)計(jì)UV光強(qiáng)與照射時間；
需編程式光照曲線：為了確保固化均勻性和防止邊緣未固化，UV照射常需設(shè)置逐步增減的強(qiáng)度輪廓；
需防止膠絲與溢膠問題：UV不充分固化時可能出現(xiàn)“adhesive whiskering”（膠絲）或膠水遷移，應(yīng)適配清潔室與防污染要求；
工藝參數(shù)需匹配材料特性：不同 DAF 材料的UV響應(yīng)性能差異顯著，需通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證照射時間、波長、強(qiáng)度等。
典型應(yīng)用場景：
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應(yīng)用方向 |
說明 |
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堆疊封裝（Stacked Die / 3D封裝） |
如 eMMC、PoP、CIS模組中，UV DAF 可實(shí)現(xiàn)芯片間粘接與精準(zhǔn)定位控制。 |
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超薄晶圓切割 |
有效提升切割精度，避免薄片飛脫或粘連。 |
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CMOS圖像傳感器（CIS）封裝 |
在影像模組中，DAF 加 UV 固化可兼顧透明性、潔凈度與高可靠性。 |
2.5 銀燒結(jié) Die Attach（Silver Sintering Die Attach）
銀燒結(jié)是一種高可靠性、無鉛環(huán)保的新型晶粒粘接工藝，通過納米級或微米級銀顆粒在一定溫度、壓力與時間條件下燒結(jié)成致密導(dǎo)熱層，用于取代傳統(tǒng)軟釬焊或共晶粘接。
銀燒結(jié)技術(shù)被廣泛認(rèn)為是高功率、高溫、高可靠性封裝領(lǐng)域的重要趨勢，尤其適用于功率器件、汽車電子、射頻模塊、SiC/GaN等寬禁帶半導(dǎo)體器件的封裝。
技術(shù)優(yōu)勢：
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類別 |
描述 |
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高熱導(dǎo)率 |
燒結(jié)銀層的熱導(dǎo)率可達(dá) 200~250 W/m·K，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)釬料（如SnAgCu約60 W/m·K）與填銀環(huán)氧樹脂。 |
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高熔點(diǎn)、高溫可靠性 |
燒結(jié)銀本身熔點(diǎn)高達(dá) 962°C，工作溫度范圍寬，不易發(fā)生蠕變或再熔問題，適合 >250°C 工作環(huán)境。 |
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優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度與抗疲勞性能 |
燒結(jié)層具有高度致密的金屬連接結(jié)構(gòu)，具備良好的剪切強(qiáng)度與抗熱疲勞特性，可顯著提升焊點(diǎn)壽命。 |
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無鉛環(huán)保 |
不含有害重金屬，符合RoHS等環(huán)保法規(guī)要求。 |
工藝流程概述：
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工藝步驟 |
說明 |
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1. 銀漿印刷或點(diǎn)膠 |
將銀燒結(jié)膏（Silver Paste）印刷至基板粘接區(qū)，常使用絲網(wǎng)印刷、模板點(diǎn)膠或噴印方式。 |
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2. 芯片貼裝 |
將晶粒（Die）準(zhǔn)確定位至銀漿上，保證良好覆蓋與對準(zhǔn)。 |
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3. 燒結(jié)固化 |
在 200~300°C 下進(jìn)行數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘燒結(jié)處理，部分系統(tǒng)需施加壓力（常為 10~50 MPa），促使銀顆粒致密化并形成金屬鍵合。 |
工藝挑戰(zhàn)：
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問題 |
說明 |
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燒結(jié)溫壓耦合敏感 |
粘接強(qiáng)度與可靠性高度依賴燒結(jié)溫度、壓力和時間參數(shù)，需精準(zhǔn)控制與材料匹配。 |
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成本較高 |
銀燒結(jié)膏價格昂貴，設(shè)備投入成本高，適合高附加值產(chǎn)品使用。 |
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對基板平整度和芯片翹曲敏感 |
燒結(jié)層為剛性連接，需控制芯片翹曲與粘接面的共面性，避免虛焊或翹邊失效。 |
典型應(yīng)用場景：
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應(yīng)用 |
說明 |
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SiC/GaN 等寬禁帶半導(dǎo)體器件 |
在高溫、高頻、高壓下穩(wěn)定工作，傳統(tǒng)釬焊難以滿足其可靠性需求。 |
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汽車功率模塊（如IGBT） |
適用于主驅(qū)逆變器、OBC、DC-DC等高功率模塊封裝。 |
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工業(yè)與航天高可靠性器件 |
如高可靠電源模塊、雷達(dá)、衛(wèi)星通信等對熱穩(wěn)定性要求極高場合。 |
2.6 熱壓Die Bonding（Thermocompression Die Bonding）
熱壓Die Bonding，又稱為熱壓接合或擴(kuò)散鍵合（Diffusion Bonding），是一種通過同時施加熱能和機(jī)械壓力，使芯片與基板或引線框架等金屬接觸面之間發(fā)生原子級結(jié)合的精密粘接工藝。
其核心原理是：在較高溫度（通常為200°C至450°C）和一定壓強(qiáng)（例如數(shù)兆帕）條件下，使兩種金屬材料的接觸面發(fā)生原子間擴(kuò)散。隨著時間的延長，原子在接觸面處互相滲透，逐步形成牢固的冶金結(jié)合層（Metallurgical Bond），實(shí)現(xiàn)無中介材料（如焊料、膠水）的直接鍵合。
工藝流程：
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步驟 |
說明 |
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1. 表面預(yù)處理 |
對芯片與基板的金屬表面進(jìn)行清洗、等離子活化或?yàn)R射處理，以去除氧化層并提高擴(kuò)散活性。 |
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2. 芯片貼裝 |
使用熱壓Die Bonder將芯片準(zhǔn)確對位并置于金屬焊盤上。 |
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3. 熱壓過程 |
在惰性氣氛或真空下，同時施加高溫（通常為 250–450°C）和高壓（通常為 10–100 MPa），維持幾秒至幾分鐘，促成金屬擴(kuò)散鍵合。 |
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4. 冷卻與釋放 |
保持壓力條件下逐步冷卻，使金屬鍵合層定型，形成穩(wěn)定結(jié)合界面。 |
優(yōu)勢特性：
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類型 |
優(yōu)勢說明 |
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無中間材料 |
不依賴焊料或粘接劑，避免引入額外界面或雜質(zhì)，提高熱穩(wěn)定性。 |
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極高可靠性 |
冶金鍵合為最牢固的界面形式之一，具備超強(qiáng)耐熱、抗老化、抗熱循環(huán)能力。 |
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優(yōu)異的熱導(dǎo)性能 |
鍵合界面幾乎無空洞、無中斷，熱阻極低，適用于高功率密度器件。 |
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環(huán)保無鉛 |
無需焊料，符合環(huán)保法規(guī)，適合綠色制造。 |
工藝挑戰(zhàn)：
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項(xiàng)目 |
描述 |
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設(shè)備與成本較高 |
熱壓設(shè)備成本高，對溫度、壓力、時間精度要求嚴(yán)格，適合中高端制造線。 |
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對表面清潔度要求高 |
表面必須無氧化層或有機(jī)污染，否則會阻礙原子擴(kuò)散。需使用高潔凈制程或等離子處理。 |
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芯片翹曲與應(yīng)力敏感 |
熱壓過程可能引發(fā)芯片變形或微裂紋，尤其對薄片或脆性材料需優(yōu)化參數(shù)。 |
典型應(yīng)用場景：
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應(yīng)用領(lǐng)域 |
說明 |
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MEMS器件封裝 |
對鍵合密封性和可靠性要求極高，熱壓工藝可實(shí)現(xiàn)高真空密封。 |
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高功率射頻模塊 |
射頻功放芯片（如GaN、GaAs）對導(dǎo)熱性能和機(jī)械穩(wěn)定性要求高。 |
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軍工、航天電子器件 |
要求極高的環(huán)境適應(yīng)性與長期可靠性。 |
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先進(jìn)3D封裝（如TSV堆疊） |
適合用于硅互聯(lián)、晶圓堆疊等先進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)芯片間直接鍵合。 |
2.7 倒裝芯片 Die Attach（Flip Chip Die Attach）
倒裝芯片粘接（Flip Chip Die Attach）是一種先進(jìn)的芯片互連方式，其顯著特點(diǎn)是將芯片“翻轉(zhuǎn)”安裝，使其有源面（Active Surface）朝下，通過預(yù)先形成的焊球（Solder Bumps）或?qū)щ娡裹c(diǎn)直接與基板上的金屬焊盤連接，形成電氣與機(jī)械一體化連接。
該工藝不再依賴傳統(tǒng)的金線鍵合（Wire Bonding），大大縮短互連路徑、提升信號完整性，廣泛用于高性能計(jì)算、移動通信、汽車電子、MEMS等領(lǐng)域。
Flip Chip Die Attach 工藝結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵功能區(qū)
整個倒裝芯片粘接過程可細(xì)分為三個關(guān)鍵功能結(jié)構(gòu)：
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區(qū)域 |
說明 |
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1. 凸點(diǎn)下金屬化（Under Bump Metallization, UBM） |
UBM 是焊球與芯片內(nèi)部金屬互連（通常為 Al 或 Cu）之間的界面金屬疊層結(jié)構(gòu)，起到橋接、電氣兼容、阻擋擴(kuò)散及改善潤濕性的作用。典型UBM結(jié)構(gòu)包括： |
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• 粘附層（如 Ti/TiW） |
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• 阻擋層（如 Ni） |
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• 潤濕層（如 Cu） |
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• 抗氧化層（如 Au） |
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2. 芯片凸點(diǎn)與粘接材料（IC Bump and Bond Material） |
凸點(diǎn)可通過多種方法形成： |
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• 蒸發(fā)沉積（Evaporation） |
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• 電鍍（Electroplating） |
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• 模板印刷（Stencil Printing） |
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• 噴焊（Jetting） |
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常用焊料包括 SnAgCu、SnPb、SnAg 或?qū)щ娋酆衔铮ㄈ鏏CF/ACP）。材料與凸點(diǎn)形狀需精準(zhǔn)控制，以確保后續(xù)對準(zhǔn)和焊接的一致性。 |
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3. 基板金屬化（Substrate Metallization） |
基板通常為BT樹脂或有機(jī)層壓板（如FR-4、ABF），表面需預(yù)處理并形成金屬焊盤，典型結(jié)構(gòu)為： |
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• 銅焊盤 + 表面處理層（OSP、ENIG、ENEPIG等） |
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• 焊膏或助焊劑印刷后，進(jìn)行芯片貼裝與回流焊。為兼容其他元器件組裝（如SMD），焊料類型選擇需注意熔點(diǎn)匹配。 |
Flip Chip Die Attach 工藝流程：
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步驟 |
描述 |
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1. 凸點(diǎn)形成 |
在芯片焊盤上形成凸點(diǎn)（通常為焊球或金屬柱），并進(jìn)行UBM處理。 |
|
2. 芯片翻轉(zhuǎn)與對準(zhǔn) |
使用Flip Chip Die Bonder將芯片翻轉(zhuǎn)，使凸點(diǎn)朝下，并精確對準(zhǔn)基板焊盤。 |
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3. 貼裝與壓接 |
芯片貼至基板后，施加適當(dāng)壓力以確保凸點(diǎn)與基板充分接觸。 |
|
4. 回流焊或固化 |
將組裝好的芯片與基板加熱至焊料熔點(diǎn)，使凸點(diǎn)熔化后形成焊接連接。導(dǎo)電膠或熱壓材料可用于低溫互連場合。 |
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5. Underfill填充 |
回流后在芯片周邊填充環(huán)氧型Underfill材料，增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度并防止焊點(diǎn)疲勞失效。 |
優(yōu)勢特點(diǎn)：
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類型 |
描述 |
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高性能互連 |
減小互連長度，顯著降低寄生電感與電容，提升信號速率與傳輸完整性。 |
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優(yōu)異散熱能力 |
芯片底部可直接接觸基板或通過金屬凸點(diǎn)散熱，支持高功率應(yīng)用。 |
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高集成度 |
支持多芯片集成（SiP）、2.5D/3D封裝，適用于小型化設(shè)計(jì)。 |
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可靠性更高 |
配合Underfill材料可有效緩沖熱應(yīng)力，增強(qiáng)抗震耐熱能力。 |
工藝挑戰(zhàn)：
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類型 |
描述 |
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貼裝精度要求高 |
對準(zhǔn)公差一般需控制在 ±10 µm 以內(nèi)。 |
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熱應(yīng)力管理難度大 |
芯片與基板材料CTE不匹配易引起焊點(diǎn)疲勞，應(yīng)結(jié)合Underfill優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 |
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設(shè)備成本較高 |
Flip Chip Bonder、再流爐、Underfill點(diǎn)膠等設(shè)備投資較大。 |
典型應(yīng)用場景：
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應(yīng)用領(lǐng)域 |
說明 |
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高端CPU/GPU |
如英特爾、AMD等的高性能芯片互連方案。 |
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RF前端模組 |
包括功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）等對小型化與性能要求極高的產(chǎn)品。 |
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汽車電子 |
功率芯片、高速通信芯片等需高可靠性與熱管理能力的場景。 |
|
移動終端與可穿戴設(shè)備 |
對封裝厚度、性能密度要求高的智能手機(jī)、智能手表等。 |
以下是對七種常見Die Attach（晶粒粘接）工藝的總結(jié)
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工藝名稱 |
粘接原理 |
典型材料 |
優(yōu)點(diǎn) |
局限性 |
典型應(yīng)用 |
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軟釬焊 Die Attach （Soft Solder）
|
通過熔融軟釬料（金屬絲/焊膏）將芯片焊接到引線框架或基板上 |
SnPb、SnAgCu |
• 工藝成熟，適合自動化 |
• 易產(chǎn)生空洞，影響可靠性 |
中功率半導(dǎo)體、LED、傳感器等 |
|
• 連接強(qiáng)度高 |
• 含鉛釬料環(huán)保限制 |
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• 導(dǎo)熱導(dǎo)電性好 |
• 熱導(dǎo)率略低于共晶 |
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共晶 Die Attach （Eutectic）
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在金屬界面形成共晶合金（如Au-Sn或Au-Si）連接，粘接牢固 |
AuSn、AuSi |
• 高溫穩(wěn)定性好 |
• 金屬成本高 |
高頻/高功率器件、雷達(dá)、射頻器件 |
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• 導(dǎo)熱導(dǎo)電性能優(yōu)異 |
• 工藝需控溫精確 |
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• 重復(fù)性好，可靠性高 |
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||||
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環(huán)氧 Die Attach （Epoxy）
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利用環(huán)氧類導(dǎo)電膠水粘接芯片，后續(xù)加熱固化 |
填銀環(huán)氧、聚酰亞胺 |
• 工藝簡單，低溫固化 |
• 熱導(dǎo)率較低（3~4 W/mK） |
消費(fèi)類電子、傳感器、低功率芯片 |
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• 成本低 |
• 易受濕氣老化影響 |
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• 可兼容多種封裝結(jié)構(gòu) |
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紫外固化 Die Attach （UV Adhesive）
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利用紫外線照射使壓敏膠快速固化，形成臨時或永久連接 |
丙烯酸類 PSA 膠膜 |
• 固化快速 |
• 紫外線穿透性要求高 |
堆疊芯片封裝、移動設(shè)備薄芯片應(yīng)用 |
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• 低溫、低應(yīng)力 |
• 固化后熱穩(wěn)定性較弱 |
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• 適用于薄晶圓、堆疊芯片 |
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銀燒結(jié) Die Attach （Ag Sintering）
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在加熱和加壓下，銀納米顆粒發(fā)生燒結(jié)，形成高強(qiáng)度粘接層 |
納米銀漿 |
• 極高熱導(dǎo)率（>150 W/mK） |
• 設(shè)備和材料成本高 |
電動汽車IGBT模塊、功率半導(dǎo)體、航天 |
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• 高熔點(diǎn)，抗蠕變 |
• 工藝窗口要求嚴(yán)格 |
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• 適用于高溫高功率場景 |
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熱壓 Die Attach （Thermocompression）
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在高溫高壓下金屬原子間擴(kuò)散鍵合，無需焊料或膠水 |
金屬-金屬擴(kuò)散對（如Au-Au） |
• 無污染、無助焊劑殘留 |
• 工藝復(fù)雜 |
高可靠性軍工、氣密封裝、MEMS |
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• 高可靠性 |
• 對金屬純度與表面處理要求高 |
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• 適合真空、氣密封裝 |
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倒裝芯片 Die Attach （Flip Chip）
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芯片翻轉(zhuǎn)，使用焊球/導(dǎo)電凸點(diǎn)與基板焊盤直接連接 |
焊球（SnAgCu）、ACF/ACP |
• 互連距離短，電性能優(yōu) |
• 設(shè)備成本高 |
高端CPU/GPU、5G射頻芯片、汽車電子 |
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• 散熱路徑短，熱性能佳 |
• 需精密對位與可靠Underfill工藝 |
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• 支持高集成密度封裝 |
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#03 Die Attach的質(zhì)量與可靠性
Die Attach的質(zhì)量和可靠性是半導(dǎo)體器件性能穩(wěn)定性和使用壽命的關(guān)鍵保障。高品質(zhì)的粘接不僅優(yōu)化芯片的熱管理效率，還能顯著提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和電氣連接的穩(wěn)定性，因此必須在制造全過程中嚴(yán)格評估和控制。
3.1 粘接質(zhì)量評估技術(shù)
為確保Die Attach的高質(zhì)量，業(yè)界廣泛采用多種無損檢測技術(shù)來識別和量化潛在缺陷：
X射線成像（X-ray Imaging）
通過X射線穿透封裝層，生成內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，能夠有效檢測粘接層中的空洞、裂紋、脫層等缺陷?？斩磪^(qū)域因吸收X射線較少，在圖像中表現(xiàn)為明顯暗斑。除此之外，X射線成像還能分析粘接膠層的厚度及均勻性，幫助優(yōu)化工藝參數(shù)。
超聲波掃描（Ultrasonic Scanning）
利用高頻聲波探測粘接層內(nèi)部狀況。超聲波在遇到缺陷（如裂紋、分層）時會產(chǎn)生反射，通過分析回波特征可識別出微小缺陷，尤其是X射線難以探測的局部微裂紋和分層現(xiàn)象。
以上無損檢測方法能夠在早期發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)缺陷，及時調(diào)整工藝參數(shù)或篩選不良產(chǎn)品，顯著提升產(chǎn)品良率與可靠性。
3.2 Die Attach常見失效模式
深入理解粘接層的失效機(jī)理，有助于改進(jìn)材料選擇和工藝設(shè)計(jì)，從根本上提高器件的可靠性：
空洞（Voids）
空洞多因氣體夾帶或水分未及時排出所致，形成的空洞區(qū)域阻礙熱流傳導(dǎo)，導(dǎo)致局部芯片過熱。特別在高功率器件中，空洞面積占比超過10%時，芯片結(jié)溫顯著升高，壽命和性能大幅下降?？斩催€會導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力集中，加速界面疲勞。
脫層（Delamination）
指粘接界面或膠層內(nèi)部層與層之間發(fā)生分離，通常由于不同材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）差異較大，引發(fā)熱循環(huán)中的機(jī)械應(yīng)力過載。舉例來說，硅芯片CTE約為2.6 ppm/°C，引線框架CTE約為7 ppm/°C，而環(huán)氧粘接材料CTE可高達(dá)23 ppm/°C，這種不匹配容易造成界面分離，嚴(yán)重時導(dǎo)致電氣性能和散熱功能失效。
開裂（Cracking）
多由熱應(yīng)力、機(jī)械沖擊或長期疲勞引起。裂紋可穿透粘接層，降低熱和電性能，甚至導(dǎo)致芯片斷裂失效。研究表明，僅5微米寬度的微裂紋即可顯著影響整體性能，尤其在高頻和高功率應(yīng)用中風(fēng)險更大。
Die Attach質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響芯片的熱管理效率和機(jī)械完整性，進(jìn)而決定整個半導(dǎo)體器件的性能和壽命。通過先進(jìn)的無損檢測技術(shù)對粘接層缺陷進(jìn)行早期發(fā)現(xiàn)與控制，以及針對常見失效模式的深入理解和預(yù)防，半導(dǎo)體制造商能夠大幅提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，滿足日益復(fù)雜多變的應(yīng)用需求。
#03 總 結(jié)
Die Attach雖是半導(dǎo)體封裝工藝中的 “幕后英雄” ，卻是芯片性能和可靠性的基石。選擇合適的粘接材料與工藝，不僅保障芯片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，更確保電子產(chǎn)品安全高效運(yùn)行。未來，隨著材料科學(xué)和制造技術(shù)的進(jìn)步，Die Attach工藝將繼續(xù)推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更高峰邁進(jìn)。
來源：芯片技術(shù)與工藝
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