半导体产业链里,有一类材料长期隐身,却几乎贯穿了芯片制造、封装、组装的全过程——各类胶粘与粘接材料。它们不出现在产品宣传的参数表里,却是决定芯片寿命、可靠性和性能的关键变量。今天这篇,把半导体领域里常见的"胶水"按功能捋一下。
一、固晶胶:芯片的"地基"
固晶胶(膏状 Die Attach Paste / 膜状 Die Attach Film, DAF)是芯片与基板或引线框架之间的连接层,属于封装里最基础的材料之一。
它的核心任务有三个:把芯片物理固定在基板上、提供散热通道、部分场景还要导电(导电胶用于接地或功率器件)。按成分分,常见的有环氧树脂、银烧结、金锡合金(AuSn,共晶熔点约 280℃,严格说属焊料,只是常被归入固晶材料)等;按形态分,有膏状(Paste)、膜状(DAF)。
在功率器件和先进封装里,固晶胶的热导率和热阻直接决定了芯片能不能"凉快"地工作。银烧结材料因为高导热(可达 150–300 W/m·K 甚至更高)逐渐成为高端选择,但成本和工艺门槛也更高。
关键参数:热导率(W/m·K)、剪切强度、弹性模量、CTE、体积电阻率、离子纯度;树脂基材料还需关注玻璃化转变温度(Tg)。注:银烧结、金锡等金属体系无 Tg。
二、底部填充胶:倒装芯片的"安全带"
底部填充胶(Underfill)是倒装芯片(Flip Chip)封装中的关键材料,在 CSP / BGA 以及板级组装(Board-Level Underfill)中也被广泛使用。裸片倒扣在基板上,靠微小焊点连通,但硅和有机基板的热膨胀系数不同,温度变化时焊点会承受剪切应力,时间长了容易开裂。
底部填充胶通过毛细作用灌入芯片与基板之间微米级到数十微米的缝隙(C4 焊点间隙约 50–100 μm,微凸点更小),加热固化后,把局部应力分散到整个界面。它不只起"固定"作用,还承担缓冲热机械应力、抗跌落冲击、阻隔水汽和离子杂质、辅助散热等多重功能。
按工艺分,有毛细型(CUF, Capillary Underfill)、非流动型(NUF, No-Flow Underfill)、模塑底部填充(MUF, Molded Underfill)、晶圆级底填(WLUF, Wafer-Level Underfill)等;此外还有以薄膜形态预置的非导电膜(NCF, Non-Conductive Film),常用于细间距与 2.5D/3D 堆叠(如 HBM)。芯片级应用对纯度、CTE、填料分散、批次一致性要求极高。
关键参数:黏度(CUF 低黏度型约 100–500 mPa·s、抗塌陷型约 1000–3000 mPa·s,部分高填充型号可达上万;NUF 为保持点胶形状常达数万 mPa·s)、触变指数、CTE、Tg、离子杂质(ppm 甚至 ppb 级)、固化条件。
三、边缘绑定胶:底填的"加固件"
边缘绑定胶(Edge Bond)通常和底部填充胶配合使用,在芯片四角或边缘点胶加固。它的作用是提供额外的机械强度,特别针对大尺寸芯片或需要抗跌落、抗弯曲的场景(如手机主板、汽车电子)。
它不只是要"兼顾流动性和韧性"——更强调低 CTE 失配、高粘接强度与合适的模量,用来抑制封装翘曲、分散角部应力。配方不能太脆,否则在冲击下反而成为裂纹起点。
关键参数:CTE(尽量接近硅/基板)、模量(太脆易裂)、粘接强度、固化收缩率。
四、导热界面材料:芯片与散热器的"桥梁"
导热界面材料(TIM, Thermal Interface Material)位于芯片 / 封装与散热器之间,填补微观不平整表面,降低接触热阻。按所处位置可分为:
- TIM1
裸片与封装内散热盖(IHS / Lid)之间,直接贴着热源,要求最低界面热阻、最高导热与良好的界面稳定性; - TIM1.5
省去 IHS,裸片直接与散热器 / 均热板连接,是 AI 大芯片高功率密度下的新趋势,可减少一层界面热阻; - TIM2
封装盖板(IHS)与外部散热器 / 冷板之间,主要补偿较大尺度的表面不平整与装配公差。
TIM 种类很多:导热硅脂、导热凝胶、相变材料、导热垫片、导热胶,甚至低熔点焊料(如铟,热导率约 86 W/m·K)和液态金属。在 AI 芯片、GPU、功率模块中,TIM 的热阻直接决定了散热效率。高端场景对 TIM 的要求是:高导热、低压缩力、不渗油、长期稳定性好。
关键参数:热导率(约1–80+W/m·K,铟焊料更高)、界面热阻(℃·cm²/W,与厚度 BLT 成正比)、压缩变形率、体积电阻率 / 介电强度、耐温与长期稳定性。
五、临时键合胶:先进封装的"临时助手"
临时键合胶(Temporary Bonding Adhesive, TBA)用于晶圆减薄和先进封装工艺中。当晶圆需要磨到极薄(如 50 μm 以下)时,必须先把它临时粘在一个载板上提供支撑,完成背面工艺后再解键合、移除载板。
这类胶水需要承受研磨、蚀刻、电镀、CVD、退火等工艺的高温与化学环境——先进 TSV 背面工艺常要求耐受 250℃ 以上,部分材料可达 300–330℃;同时在解键合时能被激光、热滑移或溶剂辅助轻松分离,不留残胶。在 2.5D/3D 封装、扇出型封装中不可或缺。
关键参数:键合强度、耐温性(通常 250℃ 以上,先进工艺 300–330℃)、解键合方式(激光 / 热滑移 / 化学溶剂)、残胶率、与酸碱及溶剂的兼容性。
六、密封胶与塑封料:芯片的"防护服"
密封胶(Encapsulant / Sealant)和塑封料(Molding Compound)用于包裹芯片,隔绝外界湿气、灰尘、机械损伤和离子污染。两者工艺不同:前者多为点胶 / 灌封(如 Glob Top、CSP 点胶封装),后者通过转移注塑或压缩成型完成。传统环氧塑封料(EMC, Epoxy Molding Compound)是最常见的,填充了熔融硅微粉等无机填料(占比常达 70–90 wt%)以提高强度、降低 CTE。
在先进封装中,塑封料也在演进——低应力、低翘曲、高导热,甚至出现光敏型塑封料 / 光敏介质(PID,用于扇出型晶圆级封装的再布线绝缘层)。
七、其他:导电胶、ACF、UV 胶等
除了上述主要类别,半导体制造与组装中还用到:
- 导电胶(Conductive Adhesive):含银、铜等导电填料的胶水,用于柔性电路、RFID、部分先进封装的互连;
- 各向异性导电胶 / 膜(ACA / ACF, Anisotropic Conductive Adhesive / Film):只在 Z 方向导电,广泛用于显示驱动 IC 的 COG / COF 绑定、RFID 及细间距互连,是胶粘材料里重要的一大类;
- UV 固化胶:用于镜头模组、传感器封装、临时固定等需要快速固化的场景;
- 光刻胶(Photoresist):虽然名字带"胶",但它是图形转移的功能性材料,不属于粘接 / 封装胶水范畴,这里不展开。
结语
从固晶到散热,从临时支撑到永久保护,半导体领域的"胶粘材料"种类繁多,每一种都对应着特定的物理化学挑战和工艺窗口。它们不像光刻机那样引人注目,却是芯片从实验室走向量产、从晶圆变成可用产品的必经之路。
国产替代在这条赛道上已有进展,但高端领域(芯片级底填、高导热 TIM、临时键合胶、MUF等)仍与国际龙头存在差距。后续文章也会尝试逐个细分方向深入,从技术参数到产业格局,慢慢写,慢慢看。
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