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晶圆级封装/再分布层电路中聚酰亚胺常压与真空固化工艺对比分析

时间:2025-07-07来源 :迹亚点击次数:6次

本文聚焦晶圆级封装(WLP)/ 再分布层(RDL)电路中聚酰亚胺固化工艺的改进,对比了常压与真空条件下的固化特性。聚酰亚胺固化的核心目标是完成酰亚胺化、优化薄膜附着力、去除残留溶剂(如 NMP)及光敏成分,需在250°C 至 450°C高温下进行。真空固化工艺(如 YES-PB12、VertaCure 设备)通过高效脱除溶剂、控制氧含量(<10ppm),相比常压工艺缩短了时间、避免了褶皱和 “爆米花效应”,且残留溶剂和气体量仅为常压工艺的 1/5,显著提升了薄膜可靠性与生产效率,为 WLP/RDL 制造提供了更优方案。

思维导图

  • 聚酰亚胺固化的核心目标

 聚酰亚胺前体转化为稳定薄膜的固化工艺需实现以下目标,以保障 WLP/RDL 电路的性能:

  • 完成酰亚胺化过程(需250°C 至 450°C高温烘烤);
  • 优化薄膜与基底的附着力;
  • 彻底去除残留溶剂(如 N – 甲基吡咯烷酮 NMP)和外来气体;
  • 完全去除光敏成分(避免内应力过大及腔室沉积)。

二、聚酰亚胺固化的关键工艺条件

  • 可控升温速率:需匹配聚酰亚胺与基底的热膨胀系数差异,否则会导致晶圆局部应力变化(表现为薄膜起皱、金属线变形或分层),影响成品率和可靠性;
  • 氧气含量控制:氧含量需 **<20ppm**,否则会抑制聚酰亚胺交联,导致薄膜脆化、透明度下降(影响多层工艺对准标记识别),需通过氮气吹扫或真空环境实现。

三、 常压固化与真空固化工艺对比

对比维度常压固化工艺真空固化工艺(YES 设备)
流程节点8 个温度节点(节点 1-6:低温停留脱溶剂;节点 6-7:恒温酰亚胺化;节点 7-8:降温完成)真空 / 氮气吹扫循环(A-C)→控压(200 托)酰亚胺化(D-G)→降温(H 节点通大气完成)
氧气控制需高流量氮气吹扫,氧含量难稳定控制3 次真空 / 热氮气吹扫快速除氧,200 托压力下持续控氧至<10ppm
溶剂去除溶剂挥发受扩散限制,需低温停留,易形成表面表皮(导致残留,引发 “爆米花效应”)低压降低 NMP 沸点(50 托时 135°C),无表皮形成,溶剂高效去除,无需停留步骤
工艺时间较长(需多次低温停留)较短(高效脱溶剂和升温)
薄膜质量可能起皱、出现爆米花效应,透明度低无褶皱、无爆米花效应,薄膜透明
氮气用量低(真空辅助除氧)

 四、 第三方测试结果(EAG)

对 5 微米厚 HD-4000 聚酰亚胺样品的测试显示:

  • 常压固化工艺的残留溶剂和气体量是真空工艺(YES-PB12 设备)的5 倍
  • 真空固化薄膜无气泡残留,表面更均匀。

五、真空固化工艺的核心优势

  • 缩短工艺时间:无需低温停留步骤,升温效率更高;
  • 提升薄膜质量:无褶皱、无爆米花效应(无溶剂 / 气体残留),薄膜透明(利于多层工艺);
  • 降低成本:减少氮气用量,缩短后续高真空工艺的排气等待时间;

提高洁净度:预热氮气层流设计优于常压炉的循环气流,减少污染物。

  • 结论

真空环境通过高效脱除溶剂,优化了酰亚胺化速率控制,扩大了工艺窗口,显著提升了 WLP/RDL 电路中聚酰亚胺薄膜的可靠性与生产效率,是更优的固化方案。

 关键问题

 聚酰亚胺固化的核心目标是什么?为何这些目标对 WLP/RDL 电路至关重要?
核心目标包括:完成酰亚胺化、优化薄膜附着力、去除残留溶剂及光敏成分。这些目标直接影响薄膜的机械(抗应力、附着力)、热学(耐高温)和电学性能;若未达成,会导致薄膜起皱、分层、爆米花效应等缺陷,降低 WLP/RDL 的成品率和长期可靠性。

常压固化与真空固化工艺在溶剂去除和氧气控制方面的关键差异是什么?

  • 溶剂去除:常压工艺依赖高温和氮气吹扫,溶剂挥发受扩散限制,需低温停留且易形成表面表皮(导致残留);真空工艺利用低压降低溶剂沸点(如 NMP 在 50 托时沸点 135°C),无表皮形成,溶剂高效去除,无需停留。
  • 氧气控制:常压工艺需高流量氮气吹扫,氧含量难稳定;真空工艺通过 3 次真空 / 氮气吹扫快速除氧,200 托压力下持续控氧至 < 10ppm,更稳定高效。

真空固化工艺能为 WLP/RDL 生产带来哪些实际效益?
实际效益包括:①缩短工艺时间(无低温停留),提升 throughput;②减少氮气用量,降低成本;③薄膜无缺陷(无褶皱、爆米花效应),提升成品率;④薄膜透明,利于多层工艺对准;⑤减少后续排气等待时间,提高生产效率。这些优势共同提升了 WLP/RDL 电路的可靠性与成本效益。

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YES (Yield Engineering Systems,Inc)

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  • 纳米和微结构光学薄膜解决方案

    时间:2024-06-26来源 :迹亚点击次数:6次

    几十年来,无机光学薄膜及其沉积方法(例如高真空物理气相沉积 (PVD) 和化学气相沉积 (CVD))已经支持了广 泛的产品和技术。 然而,许多新兴薄膜光学技术的制造要求超出了传统 PVD 和 CVD 工具和方法的能力。

    其中一项新兴技术是超表面光学。 超表面光学器件使用纳米级结构以以前传统材料和设计无法实现的方式操纵光  。 在超表面光学的众多应用中,最流行的也许是增强现实和虚拟现实 (AR/VR) 耳机中使用的衍射波导。 这些波导 允许用户同时查看虚拟内容和现实世界。 它们包含多种结构,用于将来自光学投影仪的光耦合到波导中,增加虚  拟内容的可视区域(即出瞳扩展器),然后将虚拟内容光耦合出波导并将其引导至观看者的眼睛 。

    超表面光学器件可以使用纳米压印光刻 (NIL) 来制造,其中使用软或刚性主工具(例如 PDMS 印模或蚀刻硅)将 结构物理压印到涂覆在刚性基板(例如玻璃晶圆)上的有机薄膜中。 压印材料通常是紫外线固化聚合物(作为单 体涂覆在基材上)或加热至玻璃化转变温度 (Tg) 以上的热塑性塑料。

    NIL 还可用于制造许多不同类型的超表面,并且绝不限于衍射 AR/VR 波导。 超表面可以设计为以与传统折射或衍 射光学大致相同的方式聚焦和引导光,但还具有能够调整有效材料特性的额外灵活性。 超表面还可以针对可见光  谱之外的频率进行制造,并且可以设计为在射频/微波、太赫兹、红外和紫外波段发挥作用。 此外,可以集成具有 特殊光学和电学特性的二维材料来创建电可调超表面。

    压印光刻也不限于纳米领域。 可以制造尺寸从微米到毫米的表面浮雕光学结构,包括但不限于:

    •   折射光学(透镜、透镜阵列、棱镜等)
    •   色散光栅
    •   衍射光学元件(DOE)和全息光学元件(HOE)
    •   扩散器和光束整形器
    • 图案生成器(线条、网格、十字线等)

    无论设计、功能、波长带或材料系统如何,压印超表面都需要高质量的压印材料薄膜来产生高产 量、高保真度的压印。

    制造压印表面浮雕结构的通用工作流程如下所示:

    成功的压印工艺始于表面准备。 基材和压印材料之间的高粘附力至关重要,这样当压印膜和工具分离时,压印膜不会 从基材上分层或粘附到母模工具上。 YES 的感应耦合等离子体清洁工具可在应用功能化硅烷气相沉积自组装单层

    (SAM) 之前去除基材表面的污染物。 目前,半导体行业广泛使用六甲基二硅氮烷 (HMDS) 来促进光刻胶与硅晶圆的 粘附,该工艺的所有方面(包括硅烷本身)都可以根据特定的材料系统进行定制。

    对于从溶液中加工的压印材料,完全去除残留溶剂是实现可重复和均匀结果的关键。 YES 的真空固化炉在整个工艺 室的体积内具有约 1% 的温度均匀性和自动化工艺控制,可有效去除残留溶剂,从而使压印材料特性在晶圆间和批次 间保持一致。

    最后,压印薄膜内的颗粒和其他碎片可能会导致压印结构的局部缺陷,从而导致光学性能下降。 对于纳米级结构尤其 如此。 YES 工艺工具设计用于 10 级 (ISO4) 受控环境,工艺室环境评级为 1 级 (ISO3) ,以减少物理污染物。

    YES 压印光刻设备解决方案

    YES 提供从实验室系统到大批量制造解决方案的设备,充分利用半导体行业对准确性和可重复性的苛刻要求 , 生产可产生最高保真度印记的抗蚀剂薄膜:

    EcoClean 系统:  自动氧等离子体表面清洁解决方案。

    •   >95%的正常运行时间(仅 3 个活动部件)、高吞吐量和 ~1/2的占地面积。

    EcoCoat系统: 功能化硅烷自组装单层膜 (SAM) 的气相沉积,具有出色的可重复性和精度, 可促进附着力。

    •   与同类产品相比,整个基板的温度均匀性提高了3 倍,接触角变化率提高了2 倍。
    •   具有>100化学前驱体,可支持广泛的材料和技术。

    VertaCure 系统: 真空基,低温固化。

    •   高度均匀的固化环境(腔室内部容积的温度变化~1%)
    •   与同类产品相比,循环时间缩短~50%,温度均匀性提高2 倍

     

    关于YES

    YES 提供从实验室系统到大批量制造 (HVM) 解决方案的设备,为任何规模的客户提供服务。 我们的清洁、 涂层和固化产品线提供独特的功能,可在微米和纳米尺度上增强材料、表面和界面。 YES 的客户包括光学 领域的行业领导者、顶级研究机构和业界最受尊敬的技术孵化器。

    YES 与这些客户密切合作,针对他们的独特需求开发定制解决方案,包括工艺开发、设备选择和售后服务支 持。 这些努力和相关产品开发计划得到了 YES 位于硅谷最先进的实验室的支持。

    YES能帮到你吗?

    YES 工程师是受控表面改性领域的专家,可实现多个终端市场:硅微处理器制造、先进封装、(生物) MEMS、基因组学、微流体、医疗设备和其他先进技术。

     

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