1 引言

小型化、便携式电子系统的发展趋势，驱使微型化和扁平封装技术的需求急剧增长，由于现代BGA、智能卡封装或芯片尺寸封装的各项要求，与最初的圆片厚度相关的IC的厚度已极大的减小。由于其低高度、装配芯片的地低分布状况以及机械挠性，这些芯片在薄型和可弯曲的系统或垂直方向叠层系统方面的集成化是理想的。

薄型IC的优越性，开启了微电子行业大范围新应用的大门，然而，圆片的薄型化，对随后的装配工艺过程产生了影响，虽然薄型IC的切割、传送、贴片及互连工艺过程必须实行各项专门的要求，但是也必须提供新的创新型的解决方案。

2 薄型硅IC的应用

近年来，圆片薄型化已成为半导体业界关键的工艺技术，最现代化的封装技术工艺，要求IC比最初的晶片厚度薄得多，为达到此目标，已研发了多种便利的工艺，并且已经使用了有效的薄型化设备，当今的半导体产品，象智能卡、无接触式标签或功率器件的芯片厚度已小于250μm，而且将会更进一步的缩小。

除了垂直方向上的微型化之外，当圆片薄型化技术发展到保持10μm-30μm厚度的超薄型芯片时，会出现全新的应用，在此厚度范围内，硅片变得易曲折并且耐机械应力。鉴于此，对在线圈或纸上的系统集成而言，超薄型IC是首选。图1示出了与纸上线圈一起装配的RFID芯片，叠压标签是最大高度低至100μm。

圆片薄型化技术更进一步的推动，来自微型机械电气系统（MEMS）领域，在此领域传统上把薄型硅片用于压力传感器、 加速度传感器等，作为簧片或膜片，通常，这些薄型的芯片区域通过采用各向异性的刻蚀技术进行制造，在蚀刻工艺阶段，前部的钝化和CMOS的适应性一直是制造这些器件的问题所在，圆片薄型化技术为MEMS制造提出了新的方法，图2示出了具有作为应变计内植压敏电阻器的薄型芯片，这些芯片能够安装到弯曲表面，可易于获得与传感器元件集成在一起的CMOS电路。

因为硅圆片可被减薄到利用不同圆片处理技术完全可接近的厚度，所以出现了别的创新，超薄型硅片新的可能性的最后事例。就是叠层式圆片的制造技术，图3示出了与其平面处理通道一起压焊到又一块CMOS圆片的10μm薄的圆片断面图。

3 超薄型圆片制造

标准的圆片薄型化工艺过程是由减薄、精细减薄和蚀刻过程组成的。为了提供规定的最终厚度、最小厚度变化和最佳的表面质量。进行恰当地相互间的调整，对薄的圆片应用而言，必须特别关注由于圆片后部减薄引起的损坏，从减薄的表面进入整个硅片延伸5μm-15μm，使用各向同性的硅蚀刻剂HNO3/HF/H3PO4，利用湿化学蚀刻工艺，常常可消除此扭歪层，即显著地减少其断裂强度。

在剩余厚度低于100μm（对150mm硅圆片而言）时，伴随着标准圆片薄型化工艺出现了越来越多的问题，除了与处理设备有关的问题之外，主要的问题是圆片损坏的危险性极度增加，这是半导体制造方面最坏的情况，为了解决此问题，要使用可解决问题的基板，把将要薄型化的器件圆片刻逆地装配到另一个圆片上，起到载体的作用，通过此方法，可避免在标准设备中遇到各种问题，并且基本可以忽略损坏圆片的危险，采用此技术，可把硅圆片减薄到10μm的剩余厚度，总厚度变化范围为0.5μm-2μm。

虽然50μm以下圆片减薄技术的几种详细问题仍然在探讨之中，但目前已成功地把不同的商用CMOS圆片（例如对智能卡或RFID标签而言）进行了减薄，并且没有效率方面的实质损失，超薄型圆片的制造不久将会成为标准的工序。然而，封装技术工艺不得不与圆片级状况下取得的进展一起进行，超薄型芯片的装配要求能够实现从切割技术到最终封装技术的新研发。

4 薄型化切割技术

从超薄型圆片移向超薄型芯片的第一步是适当的切割工艺。虽然可使用具有钻石刀片的标准划片技术，但是芯片边缘严重的划片损坏降低了芯片的断裂刚性。对集成于柔性系统而言，这是颇为重要的问题，因此，所谓"薄型化切割技术"的工艺成为薄型IC得更好的方法。

此方法始于薄型化技术工序之前，在第一步骤中，圆片划线器的划片沟槽成为最终芯片厚度的深度，把器件圆片压焊到其处理得基板上实施薄型化，直到在最后旋转蚀刻工艺过程阶段打开沟槽。在此状况下，各向同性的硅蚀刻剂不仅能清除减薄损坏，而且通过芯片边缘的划片工艺减少了微型裂缝和凹口，此结果如图4所示，比较了不同切割技术方法的芯片边缘。

在图4中，也示出了采用干法蚀刻技术，而不是对划线器预布线图案的机械的划片技术，用此方法，能够获得更进一步的改进，采用各向异性的干法蚀刻技术可得到宽度为5μm、深度多达50μm的沟道（这对分离超薄芯片是足够的）。与蚀刻技术一起采用薄型化切割技术，具有如下优点：

（1）平行处理技术；

（2）硅片面积节省，尤其适用于小芯片尺寸；

（3）理想的芯片边缘提高了断裂强度；

（4）圆形芯片角，增强了机械刚性；

（5）非矩形芯片设计成为可能。

但是，应用分离商用圆片的蚀刻工艺不是直截了当的，因为划线器通常包含试验电路或过程控制模块，不能用简单的方法来进行蚀刻。因此，不得不采用的圆片设计，就是与沟道蚀刻技术一起使用薄型化切割技术理念。

为了测量对机械稳定性的影响，进行了有薄型硅样品的三点弯曲试验。要消除样品的几何尺寸，采用关系式s=3/2*F*L/（w*t2）把断裂力转换为断裂应力，在关系式中，s为样品在受到力F状况下的最大应力值，l为样品长度，w为样品宽度，t为样品厚度。

实验数据表明，对正常划片的样品而言，断裂力与蚀刻技术工艺无关，这表明断裂力学清楚的受制于划片边缘，利用薄型化切割技术能除去这些裂纹，形成了较高的断裂强度，实验数据也表明了断裂应力在大约20μm硅片蚀刻之后，保持接近于稳定的状况，蚀刻更多的硅片，仅仅引起次要的改进，在此范围，断裂变化是颇高的，通过不同的断裂机制可解释此状况--不是中间有一裂纹的断裂，而且很多碎片的样品裂片，此特征也是缺乏表面不规则状况的一种迹象。

可得出结论，减薄过程损坏延伸到整个硅片达15μm-20μm，通过较大的清晰的可弯曲性证明，使用薄型化切割技术工艺制造的样品，在芯片边缘可有效地除去裂纹现象。

超薄硅片最重要的特征，就是宽范围的可弯曲形，因此，这样的IC是适合于集成到象聚合物或纸的柔性基板上的，采用卷到卷设备可生产这样的系统，这是一种显现出来的用经济的方式高容积装配电子技术的方法，通常，而朝上或倒装片装配技术对贴片是可能的，两种技术与超薄芯片的装配在很多方面存在差异。

5 同平面互连技术

薄型芯片的粘片技术与传统粘片技术相比，要求更多的胶粘剂的精确配料。原因在于太多的胶粘剂造成了不适当的高的粘片状况，由于低芯片高度，压焊工具或芯片表面污染物的危险程度是相当高的。

面朝上装配的芯片和基板之间的高度差异类似于普通焊线技术的分布状况，这为利用厚膜或薄膜工艺与基板布线过程一起，在一部步骤内把互连制作到芯片上提供了机会，图5示出了这样的同平面互连的范例，把银浆丝网印刷到芯片边缘来接触IC焊盘，鉴于简易的铝-银连接，仅产生弱的且不可靠的接触，因此标准的IC焊盘采用化学镀镍/金。丝网印刷技术的清晰度是很有限的，所以此技术仅仅应用于只有很少互连的IC，如RFID标签等。

对较复杂的IC而言，可扩展此方法，一种可能性是把装配到基板上的薄膜芯片与聚合物箔片叠压，利用激光烧蚀制作通路。然后，通过印刷聚合物浆过程，使芯片焊盘接触（如图6所示），此类较复杂的互连工艺具有的优点是：由于在芯片和基板之间没有明显的高度落差，所以印刷过程的清晰度得到了提高，并且把芯片边缘完全与布线状况分离。

6 倒装芯片组装

倒装芯片组装，即可用于低管脚数，也可用于高管脚数，对薄型芯片而言，不得不考虑下列状况：在不同的倒装芯片技术之中，只有那些保持装配高度低的方法是适合的，否则，会降低薄型芯片的优越性，这一要求拒绝了基板或芯片上采用高凸点（如焊料凸点）的所有方法。

为了形成可靠的电接合点，倒装芯片装配使用温度和压力的混合状况，在超薄型芯片状况中，应用过多的压力的危险性是很高的，图7示出了典型的安装缺点。图中，由于底层基板分布状况引起大的应力，使芯片产生了裂纹，因此，推荐在能够严重控制压焊力的精密倒装片焊接机上，采用低压力压焊技术工艺，这补偿了芯片和基板表面之间缺乏平行度的状况，鉴于此，自对准装配压力0.2N/mm2就足够了。

对柔性应用而言，最适合的是具有各向异性导电胶（ACA）的倒装片组装，为了实施此技术，对IC焊盘进行化学镀镍/金，这些凸点的高度仅为2.5μm--只是使它们高于芯片钝化层，采用包含直径为5μm的金球形各向异性导电胶（ACA）完成装配。压焊压力为.0.1N/mm2，180℃的焊接温度60s，最后在150℃的熔炉中把胶粘剂固化，采用这些参数，把尺寸为10mm×10mm的试验芯片装配到有铜导体的柔性电路上，装配试验模式形成一系列88型倒装片接触，测量其阻抗为17Ω，考虑到芯片和基板金属化的导体阻抗，可把适当的接触电阻降低到低于100mΩ。

7 可靠性

通过采用以上所描述的大的10mm×10mm芯片的温度循环技术，测试热机械可靠性。对-40℃-85℃之间的1000多个循环而言，没有探测到失效状况，通过一个试验样品，对倒装芯片接触电阻抗已进行监控，并且根据在试验期间的数据可以看出没有发生退化现象。

对RFID标签作更进一步的研究，RFID标签是由贴装到50μm厚的聚酰亚胺箔上的25μm的薄型脉冲收发机IC构成的，用填充了银的聚合物浆和蚀刻的铜把线圈金属化，把同平面和各向异性导电胶（ACA）倒装片互连，利用热循环（-40℃-85℃）和存贮湿度（60℃/93%.RH）把这些样品进行老化，这些标签的可靠性问题仍在调查之中，虽然早期的数据确定了装配的热机械稳定性，但是显示出有纯铜的ACA接触易于退化，没有此影响的银金属化表明这些失效的起因不是机械疲劳，而且铜/ACA接触界面的退化。

8 结束语

超薄型硅片将应用到微电子技术的很多领域，对封装技术而言，超薄型IC提供了有益的装配技术，其低厚度使其适合具有增强型的断裂强度和挠性的新的圆片分离方法，贴装片薄型芯片的低 分布状况，提供了既有厚度又有薄膜技术工艺的基板制造技术中的直接集成化，不仅同平面互连方法是可能的，而且倒装片贴装技术也是可能的，这两种技术方法，对高容积生产线的低成本系统制造技术来说，都是理想的，鉴于其挠性，超薄型芯片也支持把箔片或纸作为基板的卷到卷制造技术。