論粘片流程中膠粘劑的選擇研究

上海精密計量測試研究所　趙　穎　宋　翔

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論粘片流程中膠粘劑的選擇研究

上海精密計量測試研究所趙穎宋翔

市面上用于粘片流程的膠粘劑各類繁多，屬性各異。選擇導電膠還是絕緣膠，選擇高溫膠還是耐溫一般的普通膠，陶瓷封裝應該選擇哪些膠種，SMD封裝應該選擇哪些膠種，單片電路和混合電路在膠粘劑的選擇上有無區別，當如何區分，是否可以混用，是本文探討的重點。只有根據器件屬性正確選擇相應的膠種及膠體屬性，才能保證器件可以行使正常功能，才能確保器件乃至工程的最終可靠性。

膠粘劑；導電膠；絕緣膠

1　引言

一只可以使用的成品半導體器件，從最開始的投料生產，到拿到用戶手里執行預定功能，前前后后要經過大大小小的十余道工序，像鏡檢、清洗、粘片、鍵合、再清洗、燒結、封帽，每一個步驟都是一個大浪淘沙的過程，更是一個控制工藝精準度的過程［1］。粘片作為其中一個必不可少的環節，承載了將管芯與管殼準確結合的任務，體現著粘片師的經驗技術和準確拿捏，是半導體器件生產步驟中關鍵流程的最重要步驟之一，同時也是半導體器件生產重點工藝的最源頭的一步［2］。如果這首步流程發生任何錯誤或潛在閃失，影響的不只是給后續程序的完成和可靠性，更會影響到整個工程的可靠性而埋下隱患。

2　分類

粘片這一環節的實施，離不開本文要著重研究的各種膠粘劑［3］。而膠粘劑的選擇，有賴于器件本身特性、膠粘劑的自身特性以及環境影響三大因素。下面探討一下市面上比較常見的粘片膠粘劑：

84-1導電膠：是一種單組分、低黏度的導電膠，純度高，不可用酒精擦除，適用于單片集成電路和混合電路。膠流變性好，適用于Die attach 封裝，無拉絲無拖尾［4］。固化條件為150℃溫度下90分鐘，適用于全自動機器高速點膠，是目前世界上出膠速度最快的導電膠。主要應用于LED燈、PA模型、IC封裝。

84-3絕緣膠：是一種單組分、不含溶劑的環氧類芯片粘接膠，是Ablebond 84-1 LMIT 的絕緣片，不可用酒精擦除，固化條件為150℃溫度下90分鐘，廣泛應用于各種微電子、電子的封裝。適用于單片集成電路和混合電路，適用于自動點膠、絲印或者手工點膠［5］。

DM313導電膠：是一種高溫的環氧樹脂膠，溶于酒精，剪切強度高達27.2MPa，工作溫度270℃，固化溫度高達300℃溫度下20分鐘。專屬用于單片集成電路，是專為微電子封裝的基材粘接和密封而開發的膠體［6］。

5020膜：是一種固體透明絕緣膜，使用時需將其加熱融化后再放置基片，再將其固化，達到粘接的目的。固化條件150℃溫度下90分鐘。一般用于混合電路的基片與管座的粘接［7］。

從發揮的作用和器件的位置而言，鉛銦銀之于燒結，就相當于膠體之于粘片，可以說，鉛銦銀可以被認為是特殊的“膠粘劑”，只不過對應不同的器件結構和器件封裝而已，因為本文也拿來作比對。它是做釬爆料用的銦銀易熔合金，爆料過程不需要清洗［8］。熔點300℃，拉伸強度38.2N/mm2，硬度9Hv。適用于玻璃、陶瓷及半導體的焊接。

3　膠種的選擇

膠質的屬性和器件的需求特征共同決定了膠質的選擇范圍［9］。膠體的導電性涉及到芯片與管座的導電關系設計；膠質的固化條件關聯的是烘烤儀器的適用性和芯片、管座分別的耐高溫程度；膠質可以溶于固定的溶劑在一定程度上保護了器件，同時在必要修正中起到指定作用；可以通過膠質的適用范圍根據其專屬特性來選擇需要面向的器件大類，以取得最佳的使用效果。業界內一般用約定俗成的封裝來暗示膠種大類的選擇，比如鍍金底的封裝器件指示選取時需采用導電膠種，黑陶瓷封裝的管座就要在高溫膠種中進行擇優了，而黑底封裝器件就需要搭配絕緣膠種了。遇到混合電路，選擇5020膜是優選；遇到SMD封裝的器件，或是F-2封裝的器件，選擇鉛銦銀焊料才可靠。只有抓住對膠體的特性，才可以實現既定的器件功能。

膠種雜多，選之有道。只有將器件的設計特性與膠種特有的屬性正確匹配，才能發揮器件本身的功能，才能保證器件的可靠性。以某微子電公司生產的雙運算放大器7F1537MJ為例，該器件首先為單片集成電路的器件，所以排除用5020膜這個只針對混合電路的粘接劑；從器件的封裝角度，該電路為雙列直插型器件，繼而也可以排除采用鉛銦銀的焊料燒結方式；同樣從封裝下手，確定器件為可以經受高溫的黑陶瓷底座，指示在高溫膠種類中尋找合適的膠類；根據內部芯片與管座的導電關系設定絕緣膠，不難判斷，在剩下的DM313，84-1和84-3三種備選方案中，84-3無疑是三者中各方面契合度最高的膠種，與器件本身的設計吻合度最高。

4　結束語

粘片是一個關鍵的環節，對于不同的器件，選擇相應的膠粘劑是有規律可循的。粘片/燒結不是簡單的學問，它作為連接管芯和管殼這兩個重要部件的橋梁，作為連接設計和工藝兩大塊的紐帶，大到種類的選擇，小到膠量的多少，都是需要依照現實的規律。只

有善于發現、思考并研究總結出其中內在的規律，才能把握和運用規律而為生產所用，讓生產工藝的控制有據可依，有法可循。

［1］陳軍君，傅岳鵬，田民波.微電子封裝材料的最新進展［J］.半導體技術，2008（03）.

［2］殷錄橋，李清華，張建華.提高大功率LED散熱和出光封裝材料的研究［J］.半導體技術，2008（04）.

［3］雷芝紅，賀英，高利聰.微電子封裝用導電膠的研究進展［J］.微納電子技術，2007（01）.

［4］王義賢.半導體集成電路封裝用環氧樹導電膠概論［J］.電子工業專用設備，2007（02）.

［5］徐偉，徐桂芳，管艾榮.新型環氧樹脂E-51的性能研究［J］.電子與封裝，2007（12）.

［6］吳豐順，吳懿平，鄔博義，陳力.倒裝芯片各向異性導電膠互連的剪切結合強度［J］.半導體學報，2004（03）.

［7］吳豐順，鄭宗林，吳懿平，鄔博義，陳力.倒裝芯片封裝材料—各向異性導電膠的研究進展［J］.電子工藝技術，2004（04）.

［8］毛倩瑾，于彩霞，王群，張豐，葛凱勇，周美玲.空心微珠表面金屬化及其電磁防護性能研究［J］.北京工業大學學報，2003（01）.

［9］黃強，陸永超，王洋，郭偉.聚酰亞胺型導電膠裝片固化工藝的研究［J］.電子與封裝，2003（05）.

趙穎，女，2013年畢業于中北大學微電子學與固體電子學專業，現工作于上海航天精密計量測試研究所，研究方向：電子元器件可靠性。

Study on selection of adhesive in the process of die sticking

ZhaoYing1，SongXiang2
（Shanghai Precision Metrology & The Research Institute，Shanghai 201109，China）

There are various types of adhesive materials used in the market for sticking process，and the properties are different.The focus of this paper depends on: the choice of conductive adhesive or insulation adhesive，the glue can bear high temperature or not，what kind of adhesive should be chosen when its ceramic package，how about SMD package，are there any differences between monolithic circuits and hybrid circuits in the selection of adhesive，how to distinguish them？Only according to the device attribute so as to select the appropriate adhesive and the colloidal properties，can we ensure the normal function of the device，and can we ensure the final reliability of the device and the whole project.

adhesive；conducting resin；insulating cement