CN118039460B - 一种硅晶片增厚的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种硅晶片增厚的方法，属于增材制造技术领域，在精磨后的硅晶片的一个面上逐层沉积纳米银墨水层和介电墨水层并固化，所述介电墨水层为网格状，所述纳米银墨水层为点状，纳米银墨水点被包覆在介电墨水网格内。本发明方法为硅晶片厚度调整提供了一种高效、精确的解决方案。本发明可以实现微米级别的厚度控制，满足高性能硅晶片的需求，精确度更高。传统手工粘接的产品合格率只能达到70%，而本发明方法可以确保产品合格率达到98%以上。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，涉及利用增材制造技术对硅晶片进行增厚的方法。
背景技术
硅晶片，作为半导体工业中的基础材料，其厚度是半导体制造和微电子工程中一个至关重要的参数。硅晶片的厚度不仅影响其机械性能，还可能影响器件的电气特性。在实际生产中，硅晶片的厚度会受到制造工艺的限制。
在单晶硅的切割过程中，硅片表面会留下锯痕和一定深度的损伤层（通常约20~50μm）。通过精磨工艺，可以有效地去除这些锯痕和损伤层，从而获得更加平滑的表面。
然而，经过精磨工艺处理后的硅晶片，其厚度常常与实际应用需求的厚度存在较大的差异，而且经常出现同一批次采购的硅晶片精磨后的厚度不一致的情况。
例如，某型号微电子器件所需硅晶片厚度为420μm，一批次的硅晶片精磨后的厚度为220~260μm，达不到应用需求。导致硅晶片精磨后厚度不符合要求的原因，包括但不限于研磨参数选择不当、磨料粒径不适当、设备精度不足、操作控制不精确、硅片原始厚度不均匀、研磨过程中的磨损等。
而硅晶片的厚度又是一个重要的参数，因此，需要进行垫高增厚处理。
为了对厚度不足的硅晶片进行增厚，传统的做法是采用手工贴铜箔。
在实现本发明过程中，发明人发现手工贴铜箔的方法虽然简单，但至少存在如下技术问题中的一个问题：
A、手工贴铜箔的过程难以保证厚度的精确性，导致最终产品的一致性和可重复性较差；在当前的铜箔生产技术中，铜箔的厚度型号通常包括10、20、30、40和50μm等规格。当需要特定厚度的铜箔时，例如160μm，由于没有现成的160μm厚度的铜箔，就得通过多层铜箔的重复粘接来实现。在这个过程中，中间层需要有粘胶层来确保各层铜箔之间的粘合。因此，为了达到目标的160μm厚度，只能控制粘胶层的厚度。比如：选择50μm+50μm+40μm的铜箔组合，通过将粘胶层总厚控制在20μm，从而累积到160μm的厚度。厚度控制操作要求高，并且厚度不稳定，误差较大，精度低。
B、由于手工操作具有不稳定性，铜箔与硅晶片之间的粘合强度可能会有所不同，进而影响到产品的稳定性和可靠性。当需要较厚的粘胶层时，施加的压力较小，这可能导致气泡的产生或者鼓包现象；而当需要较薄的粘胶层时，施加的压力较大，可能会导致粘接不均匀的问题。
发明内容
鉴于此，本发明目的在于提供一种能够精准控制硅晶片增高厚度的方法，并且增高后的硅晶片产品稳定性更高。
发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种硅晶片增厚的方法，在精磨后的硅晶片的一个面上逐层沉积纳米银墨水层和介电墨水层并固化，所述介电墨水层为网格状，所述纳米银墨水层为点状，纳米银墨水点被包覆在介电墨水网格内。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，使用打印设备，包括以下步骤：
S1、测量硅晶片的厚度，测量精度为0.1~1μm；计算硅晶片需求厚度与实际厚度差h，根据晶片形状制作厚度为h的3D打印文件；
S2、清洁硅晶片表面，清除其表面杂质；
S3、使用高温胶带将硅晶片固定在打印基板上，确保硅晶片在打印过程中位置稳定；
S4、对打印平台进行抽真空操作，固定打印基板；
S5、使用纳米银墨水和介电墨水为打印材料，执行打印程序；
S6、打印完成后，等待打印平台慢冷至室温，完成硅晶片增厚处理。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，所述打印设备为DragonFly 3D打印机。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，所述纳米银墨水粘度为20cp，密度1.82g/ml，银含量50%。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，所述介电墨水粘度为9.3~15cp，密度为1.18g/ml。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，所述步骤S5中，打印平台温度为135~145℃。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，步骤S5中，室内环境温度为18~21℃；湿度为35%~55%。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，所述步骤S6中，慢冷为自然冷却。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，所述厚度h为20~3000μm。
根据本发明硅晶片增厚的方法的一个实施方式，所述纳米银墨水层和介电墨水层的厚度为0.2~0.5μm。
本发明在硅晶片上精准的增厚，使其厚度达到预设的要求，与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：
a)本发明方法为硅晶片厚度调整提供了一种高效、精确的解决方案。
b)本发明可以实现微米级别的厚度控制，满足高性能硅晶片的需求，精确度更高。
c)与传统手工贴铜箔相比，本发明方法大大提高了生产效率。
d)本发明方法在批量生产中具有较好的重复性，保证了产品质量的稳定性。
e)与传统方法相比，本发明方法操作更加简便，减轻了工人的劳动强度。
f)本发明方法可以打印厚度在3mm以内的纳米银墨水层和介电墨水层，精度0.3μm。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明硅晶片增厚的方法沉积的纳米银墨水层和介电墨水层布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图与一个具体实施例进行说明。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
本实施例所描述的硅晶片增厚的方法，是利用DragonFly 3D打印机在干净的硅晶片进行纳米银墨水层和介电墨水层沉积，纳米银墨水层和介电墨水层的分布如图1所示。图1中，a为纳米银墨水层，成点状分布，在一个优选的实施方式中，纳米银点的大小为点径0.108mm，点距0.108mm；b为介电墨水层，成网状分布。每一沉积层包括阵列沉积的多个纳米银墨水层a和成网状设置的介电墨水层b，厚度为0.3μm。纳米银墨水粘度为20cp，密度1.82g/ml，银含量50%。介电墨水粘度为9.3~15cp，密度为1.18g/ml。
纳米银墨水和介电墨水是两种在电子喷墨打印技术中应用广泛的导电墨水。它们各自具有独特的组成体系、制备方法和性能影响因素，通常适用于不同的电子制造领域。本发明中，用介电墨水将导电银墨水包裹起来，起支撑作用，创造出具有良好电气性能和机械稳定性的多层结构。介电墨水形成的网状结构为点状分布的导电银墨水提供了机械支撑，在打印过程中为银墨水提供物理保护，防止因机械应力而导致的断裂或变形，保持良好的导电性能。介电墨水的网状分布有助于增强各打印层之间的结合力。通过将导电银墨水包裹在介电墨水形成的网状结构中，可以确保每一层之间的紧密连接，从而提高整个打印结构的机械强度和整体稳定性。
具体地，本实施例中打印步骤如下。
在一个实际案例中，测量硅晶片的厚度为260μm，硅晶片的厚度实际需求厚度为420μm。计算硅晶片需求厚度与实际厚度差h为160μm。根据晶片形状制作厚度为160μm的3D打印文件，以补充晶片的厚度不足。完成设计后，将这个定制的打印文件导入到DragonFly3D打印机中，准备进行后续的打印工作。
为了确保硅晶片表面的清洁，使用无尘布和酒精对硅晶片的表面进行彻底的擦拭，以去除可能存在的尘埃等杂质。
为了确保硅晶片在打印过程中不会移动，使用高温胶带将硅晶片固定在打印基板上，确保硅晶片在打印过程中位置稳定。
在3D打印之前，需要将打印基板放置在DragonFly 3D打印机的打印平台上。为了确保打印过程中的稳定性和精确性，对打印平台进行抽真空操作，以便将打印基板牢固地固定在适当的位置。
使用纳米银墨水和介电墨水为打印材料，执行打印程序。打印头从原点位置调高260μm，也就是将打印头根据硅晶片需求厚度与实际厚度差h进行升高，以确保打印过程在硅晶片上方进行，而不会影响已经固定的硅晶片。打印平台的温度设置为140℃，室内温度应控制在18℃至21℃之间，湿度控制在35%至55%之间。打印温度直接影响到所使用的纳米银墨水或其他导电墨水的粘度和流动性。140℃的温度能够确保墨水在喷射过程中保持适当的流变性质，同时在打印头中不会过热，这样可以避免堵塞喷嘴，确保打印的连续性和精度。适当的环境温度和湿度有助于减少打印过程中可能出现的变形和收缩问题。在18~21℃的环境温度下，打印材料的冷却和固化过程会更加均匀，从而减少因温度波动引起的打印缺陷，如翘曲、开裂等。湿度控制在35%~55%的范围内有助于防止过度吸湿或干燥。过高的湿度会导致墨水吸收过多水分，影响其电气性能和粘附性；而过低的湿度会使打印材料过于干燥，影响层与层之间的结合力。适当的湿度条件有助于保持打印材料的稳定性和打印结构的完整性。通过维持稳定的温湿度环境，可以确保打印出的电子器件具有良好的电气性能和可靠性。
打印完成后，等待打印平台自然冷却至室温，完成硅晶片增厚处理。自然降至室温，是为了避免因温差过大而导致硅晶片或打印材料发生不必要的热应力。待温度稳定后，可以小心地取下硅晶片，此时的硅晶片已经通过3D打印增加了所需的厚度，满足了项目的规格要求。
本发明方法适用于3mm以下增厚处理。
传统手工粘接的铜箔在一致性方面较差，误差也相对较高。这种手工操作的不确定性直接影响了产品的合格率，导致其合格率只能达到70%。而本发明方法可以确保产品合格率达到98%以上。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅晶片增厚的方法，其特征在于，在精磨后的硅晶片的一个面上逐层沉积纳米银墨水层和介电墨水层并固化，所述介电墨水层为网格状，所述纳米银墨水层为点状，纳米银点的点径0.108mm，点距0.108mm；纳米银墨水点被包覆在介电墨水网格内。
2.根据权利要求1所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，使用打印设备，包括以下步骤：
S1、测量硅晶片的厚度，测量精度为0.1~1μm；计算硅晶片需求厚度与实际厚度差h，根据晶片形状制作厚度为h的3D打印文件；
S2、清洁硅晶片表面，清除其表面杂质；
S3、使用高温胶带将硅晶片固定在打印基板上，确保硅晶片在打印过程中位置稳定；
S4、对打印平台进行抽真空操作，固定打印基板；
S5、使用纳米银墨水和介电墨水为打印材料，执行打印程序；
S6、打印完成后，等待打印平台慢冷至室温，完成硅晶片增厚处理。
3.根据权利要求2所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，所述打印设备为DragonFly3D打印机。
4.根据权利要求2所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，所述纳米银墨水粘度为20cp，密度1.82g/ml，银含量50%。
5.根据权利要求2所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，所述介电墨水粘度为9.3~15cp，密度为1.18g/ml。
6.根据权利要求2所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，所述步骤S5中，打印平台温度为135~145℃。
7.根据权利要求6所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，步骤S5中，室内环境温度为18~21℃；湿度为35%~55%。
8.根据权利要求2所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，所述步骤S6中，慢冷为自然冷却。
9.根据权利要求2所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，所述厚度h为20~3000μm。
10.根据权利要求1所述的硅晶片增厚的方法，其特征在于，所述纳米银墨水层和介电墨水层的厚度为0.2~0.5μm。
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|---|---|---|---|---|
| CN107745588A (zh) * | 2013-12-12 | 2018-03-02 | 科迪华公司 | 制造电子设备的方法 |
| CN111704866A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-25 | 杭州福斯特应用材料股份有限公司 | 抗pid封装胶膜及光伏组件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118039460A (zh) | 2024-05-14 |
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