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从晶圆到封装,半导体工艺中离型膜的5大关键作用

在半导体制造的高速发展浪潮中,从 300mm 晶圆到先进封装,从背磨薄化到晶粒切割,几乎每一步都对材料提出极高要求。与晶圆、光刻胶、封装材料相比,离型膜看似“配角”,却在众多制程步骤中承担着保护、固定、隔离、支撑等关键功能。它不仅影响产品良率,也关系到加工效率、设备兼容性和最终封装质量。一、晶圆保护——背磨中的第一道防线在晶圆完成前端制造后,需要经历背面磨削以降低厚度,使其更适合封装、散热或堆叠。

在半导体制造的高速发展浪潮中,从 300mm 晶圆到先进封装,从背磨薄化到晶粒切割,几乎每一步都对材料提出极高要求。与晶圆、光刻胶、封装材料相比,离型膜看似“配角”,却在众多制程步骤中承担着保护、固定、隔离、支撑等关键功能。它不仅影响产品良率,也关系到加工效率、设备兼容性和最终封装质量。

一、晶圆保护——背磨中的第一道防线

在晶圆完成前端制造后,需要经历背面磨削以降低厚度,使其更适合封装、散热或堆叠。传统晶圆厚度约 700–800 μm,而先进封装中常需薄化至 50 μm、甚至更薄。这一过程对晶圆结构形成巨大的机械应力,稍有不慎便可能导致:晶圆破片表层电路划伤微裂纹扩散污染物侵入晶圆表面为了抵御这些风险,工艺会先在晶圆表面贴上一层高洁净度的保护离型膜。

离型膜在背磨阶段的核心作用包括:

保护晶圆正面电路层离型膜隔绝磨削过程中飞溅的颗粒、冷却液和机械冲击,防止金属层或多层互连结构受到损伤。提供均匀支撑,减少应力集中背磨时晶圆承受巨大推力,离型膜的弹性与厚度控制能减少局部应力,让晶圆保持平整。

实现稳定贴附与无残胶剥离背磨后的晶圆极薄且易碎,离型膜必须在工序结束后平稳剥离,不得留下残胶、颗粒或应力痕迹。高温耐受与低析出特性背磨前常需烘烤贴膜,用以提升贴附均匀性,离型膜必须耐 80–120°C 以上的温度并保持洁净。可以说,离型膜是晶圆薄化流程中的第一道“护盾”,直接决定后续制程的稳定性。

离型膜-1.jpg

晶粒切割——固定、分割与转移的核心介质

晶圆背磨后进入切割流程,需要使用刀片切割或激光切割将晶圆分割成单个芯片。在这一环节中,离型膜与切割载带协同发挥关键作用。离型膜在切割工序的关键价值如下:

1. 粘附与固定晶圆,防止滑移在切割台上,晶圆被贴在由离型膜结构支持的载带上。离型力必须适中——太强会导致切割后难以分离;太弱会造成晶圆切割过程中位移。

2. 管控切割应力与微裂纹生成高品质离型膜具有良好弹性与厚度均匀性,可以吸收部分机械振动,减少刀痕和边缘微崩。

3. UV 可释放离型膜在高端工艺中发挥突出作用许多先进工艺使用 UV 离型膜,其特性是:切割前具备较强粘附力UV 曝光后粘附力大幅下降便于 die-pick(晶粒拾取)这种结构显著提升晶粒转移效率,是先进封装中不可替代的材料。

4. 保护晶圆背面与金属层不被划伤切割后,残留冷却液与微颗粒可能导致腐蚀和污染,离型膜可以形成临时隔离。晶粒切割环节对离型膜的“粘—剥”性能要求尤为严苛,是材料技术难度最高的环节之一。

离型膜-2.jpg

三、封装贴附(Die Attach)——精密贴装与工艺清洁的核心支撑

当晶粒被分割后,便进入封装阶段,需要将芯片逐一贴附到衬底(Substrate)或载板(Leadframe)上。离型膜在这个过程中又承担了全新的角色。

封装中的离型膜发挥以下关键作用:

1. 作为粘接胶的临时保护层

许多芯片使用导电或非导电胶贴附,这些胶会预涂在载板或贴片点上。离型膜用于:覆盖胶层保持其活性防止吸湿、氧化、污染在贴附前精确剥离这一工艺对离型膜的表面能控制要求极高。

2. 材料转移(Film-Assisted Transfer)中的关键介质

封装中常需要对薄层材料进行转移,如:胶片超薄金属膜环氧膜临时导电膜离型膜可以作为传递载体,实现高精度的“膜转移”过程。

3. 控制剥离力,避免芯片缺角或翘曲

封装贴附常发生芯片边缘缺角、局部翘曲等问题,良好的离型膜能够减少剥离应力,提高封装良率。

4. 在倒装(Flip-Chip)与凸点工艺中的应用

部分封装结构需要精准定位金属凸点,离型膜可用作保护层或隔离膜,防止焊料污染。在这一步中,离型膜不仅是保护材料,还成为封装过程中的“微结构工程工具”。

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四、先进封装——在 3D、Fan-Out 与晶圆级封装中的再升级

随着 Chiplet、Fan-Out(扇出型)、Wafer-Level Packaging(晶圆级封装)迅速崛起,离型膜的功能复杂度大幅提升,其特性不仅仅是“保护”与“剥离”,更要在纳米级工艺中兼容多层操作。

离型膜在先进封装中的五大延伸作用:

1. RDL(再布线路)工序中的保护与隔离Fan-Out 封装的核心是 RDL 制程,需要反复涂覆、曝光、显影和金属沉积。离型膜应用于:敏感层保护精密涂布隔离避免颗粒污染特别是非硅离型膜,避免硅污染导致光刻胶缺陷。

2. Molding(塑封)中的表面保护塑封后需要保持封装表面平整度,离型膜的耐压性能可以阻隔树脂应力。

3. 面板级封装(PLP)中作为载板辅助材料PLP 的尺寸远大于晶圆,离型膜必须具备:超低热收缩率大幅面尺寸稳定性无波纹、无弯翘对材料工程提出更高要求。

4. 3D 封装中的 TSV、微凸点保护堆叠芯片间极易产生应力与污染,离型膜是微结构保护的重要材料。

5. 临时键合 / 解键合体系的重要部分 3D 封装中需要将晶圆暂时粘接在载片上,离型膜常被用作:临时键合层组成部分过渡层解键合缓冲膜在这一领域,PI(聚酰亚胺)和特殊复合膜用量持续上涨。

 

五、高洁净、非硅体系与国产替代成为新趋势

随着半导体工艺从 28nm 向 7nm、5nm、3nm 推进,离型膜技术提出更高要求,也迎来前所未有的产业机遇。

1. 非硅离型膜成为先进工艺主流传统硅系离型层可能产生微量硅迁移,影响:光刻胶的显影封装金属层粘附表面电荷积累因此非硅体系(如丙烯酸、氟系离型层)迅速增长,成为高端工艺的首选。

2. 超洁净与低析出成为标准配置未来离型膜需要满足:无 Na⁺、K⁺ 等金属离子迁移 VOC、低 outgassing表面颗粒小于数十纳米高耐温(>200°C)洁净度成为决定厂商竞争力的核心指标。

3. 国产替代加速推进随着国内企业在基材、涂布、复合膜设备上取得突破,离型膜逐步实现从:PET 基材 → 高端 PI、复合膜硅系离型层 → 高性能非硅体系中端涂布 → 高精度 10 万级洁净涂布的全面跃升。国产离型膜在晶圆背磨、切割载带、光学膜涂布等领域已经能够满足部分头部晶圆厂需求。

4. 与柔性电子、光学材料的交叉需求持续增长折叠屏、Micro-LED、光学膜、FPC 制造都需要高性能离型膜,这让行业从单一“半导体辅助材料”向更广泛的“关键功能膜”方向拓展。

5. 高附加值离型膜将成为未来主战场如:渐变离型力(Gradient Release)超薄离型膜(<10 μm)双层工程结构 300°C 高温离型膜超低表面能差控制膜这些技术未来将成为行业的创新焦点。

 

结语

从晶圆保护到切割固定,从封装贴附再到先进封装的临时键合,离型膜贯穿完整半导体工艺链,是提升良率、保障可靠性和降低制造成本的关键材料之一。尽管它不像光刻胶那样为行业所熟知,却在无声中影响着每一个芯片的生产质量。

随着晶圆尺寸增大、封装结构升级和材料体系迭代,离型膜的重要性将持续上升。更高洁净度、更稳定离型力、非硅体系、耐高温和国产替代,将成为推动行业前进的核心方向。


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