联系电话(座机):0755-86372663

红足1世新2登录

新闻动态

NEWS & EVENTS

banner banner

硅系 vs 非硅系:半导体离型膜配方差异及对良率的影响

在晶圆制造、背磨、切割、先进封装(WLP / Fan-Out / RDL / 2.5D / 3D),以及光学膜、FPC、MLCC 等精密电子工艺中,高端离型膜早已从“附件耗材”升级为影响工艺窗口和产品良率的关键材料。不同配方的离型膜,会在工艺稳定性、设备兼容性、材料洁净度、剥离应力甚至设备寿命等多个维度,带来放大效应。其中最重要的一道“配方分水岭”,就是硅系(Silicone-based)与非硅系

在晶圆制造、背磨、切割、先进封装(WLP / Fan-Out / RDL / 2.5D / 3D),以及光学膜、FPC、MLCC 等精密电子工艺中,高端离型膜早已从“附件耗材”升级为影响工艺窗口和产品良率的关键材料。不同配方的离型膜,会在工艺稳定性、设备兼容性、材料洁净度、剥离应力甚至设备寿命等多个维度,带来放大效应。

其中最重要的一道“配方分水岭”,就是硅系(Silicone-based)与非硅系(Non-Silicone)离型膜:前者基于聚硅氧烷体系,在很长一段时间里几乎垄断电子制造工艺;而随着先进封装、5G RF 器件、超薄晶圆与高密度 RDL 结构的出现,对颗粒、金属离子、挥发物及表面能的要求急剧提高,非硅体系开始全面渗透到高端应用,成为新一代 fab 和封装厂重点导入的材料方向。要理解这种迁移趋势,必须从材料化学结构、工艺适配性、污染与可靠性风险以及对良率的系统影响等多个角度,对两大体系进行重新审视和深入对比。

离型膜-1.jpg

从化学结构出发,硅系与非硅系离型膜在“离型层”的分子设计上存在本质差异,这是影响工艺稳定性的根源所在。硅系离型膜典型采用聚硅氧烷(PDMS)、甲基硅氧烷以及改性硅树脂作为主体树脂,再配合铂系催化剂和无机纳米填料,在基材表面固化形成一层 Si–O 主链的致密薄膜。Si–O 键具有极高的键能和优异的耐热、耐化学腐蚀能力,同时柔软的分子链赋予其极低的表面能和天然优越的离型性能:剥离顺滑、离型力稳定、耐温可轻松覆盖 200 ℃ 以上,因此在很长时间里,硅系离型膜几乎是“离型”的代名词。与之相比,非硅系离型膜采用的则是氟系、丙烯酸系、烯烃(PO)系或多种高分子组合的复合非硅体系,其共同特点是在分子结构上完全去除了硅氧烷环节,通过对官能团、聚合度、交联密度和表面能的精细调控,实现所需的离型力和界面特性。这类体系的分子迁移性显著降低,表面能区间可被更精确地“设定”,同时具备零硅氧烷成分的天然优势,因而在洁净度、金属污染控制、与光刻胶及金属层的兼容性等方面表现更为突出。用一句话概括:硅体系在“离型性能”上拥有天然优势,而非硅体系则在“洁净度与可控性”上更胜一筹,两者从分子设计开始,就注定将服务于不同的工艺场景。

离型膜-6.jpg

一旦进入半导体工艺环境,硅系材料的“软肋”就逐渐显现出来,那就是业内长期高度警惕的硅氧烷迁移(Siloxane Migration)问题。硅系离型层中不可避免存在一定比例的低分子量硅氧烷(如 D3、D4、D5 等环状结构),在温度、压力、摩擦、激光能量或胶黏剂反应的驱动下,这些小分子会从离型层内部向表面迁移,进一步转移到铜层、光刻胶、封装树脂甚至设备腔体内壁上。由于硅氧烷极难彻底清洗,且具有显著的降表面能作用,它一旦“爬”到关键界面,就会引发表面润湿性和界面附着性能的系统性失控。典型表现包括:光刻胶在污染区域出现露底、缩孔、边缘变薄等缺陷,导致图形断路或线宽严重偏差;RDL 再布线铜层附着力下降,在温度循环或机械应力加载后出现界面剥离、疲劳失效,尤其是在 2/2 μm、1/1 μm 这类超细线工艺中,任何轻微界面问题都会被放大成良率灾难;焊点与凸点表面焊接润湿性变差,引发虚焊、微裂纹与 bump 剥离,直接威胁汽车级芯片的长期可靠性;硅氧烷甚至会沉积在 PVD 腔体、光刻机腔体和激光机光学器件表面,形成“长周期缺陷源”,其危害往往在数周甚至数月后以良率波动和设备异常的形式才被察觉。正因为此,当封装工艺从传统 QFN、BGA 迈向 WLP、Fan-Out、2.5D/3D 等更精细结构时,fab 与 OSAT 对硅氧烷迁移的容忍度迅速下降,逐步将硅系离型材料排除在关键工艺窗口之外,转而寻找从分子层面就规避硅氧烷的非硅解决方案。

离型膜-7.jpg

在这种背景下,非硅系离型膜凭借其在洁净度与工艺兼容性上的天然优势,迅速成为先进封装与高端电子制造的首选体系。由于完全摒弃了硅氧烷结构,氟系、丙烯酸系或复合非硅离型层在使用过程中不会释放低分子量硅氧烷,也就从根本上消除了对光刻、RDL、电镀铜、焊接与设备腔体的长期污染隐患,这一点对于 RDL、TSV、超薄晶圆等对界面状态极为敏感的工艺尤为关键。与此同时,非硅体系在聚合设计上可以更精确地控制极性、分子量分布和交联程度,从而实现对离型力曲线的“可编程化”控制,使其在温度、湿度波动或化学环境变化下依然保持稳定,这是应对高阶工艺链条(例如:玻璃载板临时键合—高温/高压成型—化学刻蚀—激光解键合等)时的核心能力。在超薄晶圆(小于 30 μm)、Fan-Out 嵌晶、面板级封装(PLP)等场景中,非硅 UV 离型膜可以在保持足够支撑力的前提下,通过 UV 激发实现粘附力在数倍乃至十数倍范围内的快速下降,实现对脆弱芯片的低应力 Pick-up。对于高频 RF 器件及汽车级器件而言,非硅体系还具有额外优势:一方面不会在界面形成未知的低介电或高损耗介质层,避免对高频信号与阻抗控制造成不确定影响;另一方面在高温高湿、盐雾、热循环和机械振动等严苛环境下,界面状态更加稳定,有利于通过 AEC-Q100 等车规级可靠性认证。综合来看,非硅系离型膜已经从“解决硅迁移问题的替代品”,成长为围绕高洁净、高可靠和复杂工艺需求而构建的全新材料平台。

如果将视角拉回到具体工艺场景,可以更直观地看出硅系与非硅系离型膜对良率的差异影响。在晶圆背磨(Back Grinding)工艺中,两种体系都可以提供足够的机械支撑与耐化学能力,硅系在柔顺性与成熟度上占优,而非硅系在背面残留与洁净控制方面更为出色,因而高端晶圆厂往往更倾向后者。在晶圆切割(Dicing + UV)阶段,硅系与非硅系 UV 离型膜都能实现 UV 前高粘、UV 后低粘的功能,但非硅体系在超薄晶圆剥离时表现出更低残胶和更可控的离型曲线,更适合厚度极薄或嵌晶结构复杂的场景。真正拉开差距的是 WLP、Fan-Out 与 RDL 等先进封装工艺:硅系离型层带来的光刻缩孔、铜层附着不良与 VOC 污染问题会直接折损工艺窗口,使光刻良率与 RDL 良率长期处于“中等偏低”水平,而非硅体系则能够明显改善光刻涂布均匀性和铜层附着品质,使良率爬升到一个新的台阶。在 FPC、光学膜和显示贴合中,两大体系均有广泛应用,但在黑化处理、激光加工以及微细结构转移工艺中,非硅材料更易控制表面状态,减少未知污染;在 MLCC 陶瓷片式工艺中,硅系以其稳定离型力优势占据了一定基础,但随着终端对电性能一致性和可靠性要求的提高,高洁净非硅离型膜的渗透速度正在加快。整体来看,在以高洁净度、高集成度、高可靠性为核心诉求的工艺中,非硅体系在光刻良率、RDL 良率、超薄晶圆剥离稳定性、VOC 控制与污染风险等方面普遍优于硅系,而在对洁净度敏感性稍低的中低端应用中,硅系仍然凭借成本与成熟度保持较强竞争力。

面向未来,随着工艺节点与封装架构的持续演进,硅系与非硅系离型膜的应用边界将进一步分化,非硅体系有望成为先进封装时代的主流材料,而硅系则稳居中低端和非关键洁净工艺的“基本盘”。在 WLP、Fan-Out、RDL 与玻璃载板封装等环节,非硅离型膜凭借与光刻及金属互连的高度兼容性,将在未来三到五年内形成近乎“刚性标准配置”;超薄晶圆与面板级封装将继续推高非硅 UV 离型膜在响应速度、粘附力变化比和胶层均匀性方面的技术门槛;国产材料厂商也正在围绕高端氟系离型层、高洁净丙烯酸配方、低 VOC 胶层和大尺寸高均匀涂布设备加速突破,在非硅体系领域具备实现“换道领先”的潜力。与此同时,硅系离型膜并不会消失,而是会在消费电子保护膜、一般贴附、部分 FPC 层压与 MLCC 工序等对洁净度要求相对温和的场景中长期存在。对材料选型者而言,“硅 vs 非硅”的决策本质,是在传统制造与先进制造之间完成一次材料体系级的升级:是选择成本与成熟度优先,还是选择洁净度与长期可靠性优先;是服务一般消费级产品,还是面向汽车级、高频、高可靠与复杂封装结构。可以预见,在未来的先进封装时代,真正决定工艺上限的,将不再只是设备与设计本身,还包括像非硅系离型膜这样具有高洁净、低迁移、可控离型力特性的关键材料,它们将成为构建高良率、高可靠半导体制造体系的隐形基石。


联系我们

留言咨询