晶圆激光划片切割应用
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圆划片是半导体芯片制造工艺流程中的一道必不可少的工序，在晶圆制造中属后道工序。将做好芯片的整片晶圆按芯片大小分割成单一的芯片（晶粒），称之为晶圆划片。
在晶圆划片行业，主要有两种切割工艺，一个是传统的刀片切割，另一个新型的现代工艺激光划片。下面，将通过对比两种切割工艺，证明激光划片的优势。
刀片划片
最早的晶圆是用划片系统进行划片（切割）的，现在这种方法仍然占据了世界芯片切割市场的较大份额，特别是在非集成电路晶圆划片领域。金刚石锯片（砂轮）划片方法是目前常见的晶圆划片方法。原理：当工作物是属于硬、脆的材质，钻石颗粒会以撞击（Fracturing）的方式，将工作物敲碎，再利用刀口将粉末移除。
存在的问题
●刀片划片直接作用于晶圆表面，易产生裂纹,碎片和分层；
●划片线宽较大,宽切槽一般有50-100um,晶圆利用率低；
●刀具易磨损,需要频繁更换刀具,另外还需要大量去离子水,增加了切割成本；
●化学法,蚀刻速度慢,对环境污染大，切割后的硅粉水难处理。
激光划片
由于激光在聚焦上的优点, 聚焦点可小到亚微米数量级, 从而对晶圆的微处理更具优势, 可以进行小部件的加工。即使在不高的脉冲能量水平下, 也能得到较高的能量密度, 有效地进行材料加工。激光划片属于非接触式加工，可以避免出现芯片破碎和其它损坏现象。
加工优势
●激光划片窄切槽(10-30um)，晶圆利用率高；
●激光是非接触加工,不会产生机械应力,适合薄晶圆作业，具有更好的兼容性和通用性；
●激光划片速度快，高达300mm/s；
●激光自动化程度高,可以切割一些较复杂的晶圆芯片；
●激光划片不需要去离子水，不存在刀具磨损问题，并可连续24小时作业。
下图所示为使用皮秒超精细激光切割后的状况示意图，由图中可以看出，相对于传统的机械切割方式，使用激光切割边缘几乎无任何崩边等问题，亦不存在任何残渣等影响产品后续效果的物质，由此产品的良品率得到大幅的提升，同时激光切割的速度可以达到300mm/s，相对传统的几十mm/s的速度，产品的产能得到大幅的提升，机器的购买数量减少，相应的厂房占地、人员管理等都相应大幅减少，为企业的生存及竞争力提供了强有力的保障。由最下方图示可以看出，由于皮秒激光超精细微加工的切割缝宽做到了10微米级别的程度，单片晶圆的晶粒数得到了大幅的增长，为企业降低成本、提高产能、提高利润提供了非常强大的技术应用基础；
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目录 摘要 (1) 第一章绪论 (2) 1.1 课题的研究背景 (2) 1.2 划片机的发展过程 (2) 1.3 三种划片机的技术比较 (3) 1.4 国内外划片机的发展现状 (4) 1.5 划片机的发展趋势 (5) 1.6 砂轮划片机的基本功能与系统构成 (5) 1.7 本课题的主要研究内容 (6) 第二章IC封装的介绍及划片机的工作原理 (7) 2.1 IC封装的介绍 (7) 2.2 划片机的工作原理 (8) 第三章划片机原理方案和结构方案设计 (11) 3.1 划片机设计方案的论证 (11) 3.2 划片机的原理方案及结构方案设计 (11) 第四章划片机结构参数的初步设计及相关计算 (14) 4.1 原动机参数的初步的设计 (14) 4.2 X轴参数的初步设计 (14) 4.3 θ轴参数的初步设计 (14) 4.4 支承和导轨的确定 (14) 4.5 砂轮主轴的确定 (15) 第五章划片机X、θ轴机械结构具体设计 (16) 5.1 X轴机械结构的设计及计算 (16) 5.2 θ轴机械结构的设计及计算............................................................... 错误！未定义书签。总结 . (18) 参考文献 (19)
划片机的总体规划及X、θ轴设计 学生： 指导教师： 学院 摘要：IC封装是半导体三大产业之一，划片机是IC后封装线上的第一道关键设备,其作用是把制作好的晶片切割成单元器件,为下一步单元晶片粘接做好准备。划片机切割晶片的规格一般为3-6晶片,单元晶片的外型一般为矩形或多边形。目前,我国的半导体封装设备所用的划片机，还主要从美国、日本、新加坡引进。为了促进划片机的国产化,本课题组开展了IC封装设备划片机的研制工作。因此把“划片机的总体规划及X、θ轴设计”作为本次本科毕业论文的课题，既有较大的学术价值，又有广阔的应用前景。 关键词：晶片；划片机；半导体；切割。 Abstract: IC encapsulation is one of the three largest industries in semiconductor, and its first key equipment is wafer incision . Wafer incision is used to cut the chips into unit devices,preparing for the next step of bonding of unit chips.The specifications of cutting chip is usually 3 to 6 chips,and the shape of unit chips are rectangular or polygonal.Since to now ,wafer incision is used for IC encapsulation in our country is mainly introduced from America,Japan and Singapore.In order to promote the localization of wafer incision,This research group has carried out the development of IC encapsulation equipment.So we put The overall planning of wafer incision and its design of X,θaxis as the subject research of undergraduate thesis,it has great academic value and broad application prospects. Keyword:chip; wafer incision; semiconductor; cut.
新一代晶圆划片技木 l 传统划片技术所面临的难题 随着向轻薄短小的发展趋势，IC的封装也起了很大的变化．如记忆体IC，已由早期的单一chip变成多层chip堆栈的封装，一颗IC里叠了7、8层芯粒(chip)，韩国三星半导体今年稍早更公开展示了其超薄晶圆的封装技术已达16层的堆栈，而封装后的尺寸还要比原来同容量的IC更小。因此芯片的厚度也由650μm 一路减薄至120、100、75、50、25、20 μm。当厚度降到100 μm以卜，传统的划片技术已经山现问题，产能节节下降，破片率大幅攀升。芯片在此阶断价值不斐，几个百分点的破片率可能吃掉工厂辛苦创造的利润。 另外，晶圆的制造技术中，为了提升效能，采用了low-k材料，在其结构中有多层的金属和一些易碎的材料。当传统钻石刀片遇到这些延展性高的金属层，钻石颗粒极易被金属削包住而失去部份切削能力，在此情况下进刀，极易造成破片或断刀。 其实，除了先进的IC之外，在传统二极管(Diode)的晶圆划片，钻石刀同样有许多无法满足业界需求的地方：比如Gpp晶圆的划片，机械方式的磨削造成玻璃批覆层严重破损而导致绝缘不良和严重漏电，为了克服这一问题，业界只好自求多福发展出各种复杂的工艺去弥补这项缺陷。将玻璃层只长在切割道(Cutting Street)两旁。对方形晶粒而言，这个方式已被业界延用多年。但对六角型晶粒(Hexagonal Dice)而言，还存在问题，即六角型每边的三角型被浪费。在每一分一毫都需计较的二极体行业，30％～40％主原料(芯片)的损失是极可怕的。通过新的技术，这些长期以来的失血，是完全可以被止住。 在以蓝宝石为基板的高亮度LED晶圆的划片．亦存在严重的划片问题。传统的蓝宝石晶圆的划片_丰要有2种方式：用钻石笔或钻石刀片。在蓝宝石晶圆上先划很浅的线，再裂片。由于蓝宝石材质本身相当硬，无论选哪种方式，工具的损耗都非常严重；裂片后，整体良品率也不高。这些长期困扰LED、业界的问题，现在随着紫外激光划片系统的运用，已大为改善。 在微机电(MEMS)方面，有越来越多的芯片需要打孔、异形孔开孔和局部减薄等加工。玻璃与硅片键合在一起的复合芯片的切割、披覆有钻石层的芯片，以及复杂微结构之芯片切割等，都不是钻石刀片所能胜任的。而这些产品的市场需求却不断成长，迫使业界寻找新一代的划片解决方案。 2 激光划片顺势崛起 激光划片其实在多年前已被使用，光源多为1 064 nm的Nd：YAG，在某些低阶应用方面的品质尚可接受，但在集成电路的加工处理中，鉴于其过大热影响区、污染严重、热变形严重等缺陷，始终无法被认可。近年来，紫外激光技术渐趋成熟，其切割质量比l 064 nm的激光源改进很多，特别是在蓝宝石晶圆的划片应用中，其优势极为明显，已渐成为业界主流解决方案。在各类激光解决方案中，最为特殊且鲜为人知的则是世界专利之瑞士微水刀激光技术。该技术在许多方面的表现确有其独到之处，尤其在消除热影响区方面表现优异。微水刀激光划片技术已获得全球半导体封装大厂的认同和采用，特别是针对超薄晶圆、LOW-k 晶圆、钻石披覆晶圆、二极管玻璃钝化晶圆、微机电芯片、复合晶圆以及异形晶粒的划片切割，都有不俗
在一个晶圆上，通常有几百个至数千个芯片连在一起。它们之间留有80um至150um的间隙，此间隙被称之为划片街区（Saw Street）。将每一个具有独立电气性能的芯片分离出来的过程叫做划片或切割（Dicing Saw）。目前，机械式金刚石切割是划片工艺的主流技术。在这种切割方式下，金刚石刀片（Diamond Blade）以每分钟3万转到4万转的高转速切割晶圆的街区部分，同时，承载着晶圆的工作台以一定的速度沿刀片与晶圆接触点的切线方向呈直线运动，切割晶圆产生的硅屑被去离子水（DI water）冲走。依能够切割晶圆的尺寸，目前半导体界主流的划片机分８英寸和12英寸划片机两种。 晶圆划片工艺的重要质量缺陷的描述 崩角(Chipping) 因为硅材料的脆性，机械切割方式会对晶圆的正面和背面产生机械应力，结果在芯片的边缘产生正面崩角（FSC- Front Side Chipping）及背面崩角（BSC ? Back Side Chipping）。 正面崩角和背面崩角会降低芯片的机械强度，初始的芯片边缘裂隙在后续的封装工艺中或在产品的使用中会进一步扩散，从而可能引起芯片断裂，导 致电性失效。另外，如果崩角进入了用于保护芯片内部电路、防止划片损伤的密封环（Seal Ring）内部时，芯片的电气性能和可靠性都会受到影响。 封装工艺设计规则限定崩角不能进入芯片边缘的密封圈。如果将崩角大小作为评核晶圆切割质量／能力的一个指标，则可用公式来计算晶圆切割能力指数（Cpk）（图1）。
D1、D2代表划片街区中保留完整的部分，FSC是指正面崩角的大小。依照封装工艺设计规则，D1、D2的最小值可以为0，允许崩角存在的区域宽度D为（街区宽度-刀痕宽度)/2，为D1、D2的平均值，为D1、D2的方差。依统计学原理，对于一个合格的划片工艺而言，其切割能力指数应大于1.5。 分层与剥离（Delamination & Peeling） 由于低k ILD层独特的材料特性，低k晶圆切割的失效模式除了崩角缺陷外，芯片边缘的金属层与ILD层的分层和剥离是另一个主要缺陷(图2)。 对于低k晶圆切割质量评估，除了正面崩角和背面崩角以外，根据实验数据和可靠性结果，规定了下述切割质量指标： （１）铜密封环不允许出现断裂，分层或其他任何（在200倍显微镜下）可见的损伤。 （２）在划片街区上出现金属与ILD层的分层是允许的，只要这种分层能止步于铜密封环外。
薄晶圆加工和切割设备市场 对薄晶圆的需求正强劲增长 受智能手机、智能卡和堆叠封装等消费类应用驱动，近年来对薄晶圆的需求日益增长。 据估算，2015年，用于MEMS器件、CMOS图像传感器、应用硅通孔（TSV）技术的存储器和逻辑器件以及功率器件的薄晶圆数量超过了1650万片，这个数量相当于8英寸晶圆投入总片数（wafer starts per year, WSPY）。这些薄晶圆主要贡献于CMOS图片传感器，其次是功率器件。2015年到2020年期间，薄晶圆的复合年增长率预计为14%，预计到2020年，薄晶圆的数量将达到峰值的3200万片，相当于2020年8英寸晶圆投入总片数。 更薄的晶圆能够带来众多好处，包括超薄的封装，以及由此带来更小的尺寸外形，还包括改善的电气性能和更好的散热性能。 某些应用，如存储器和功率器件，它们的微型化朝着更小的尺寸、更高的性能以及更低的成本方向发展，这些应用的薄晶圆厚度小于100μm或甚至小于50μm。 本报告按厚度和应用分析预测了薄晶圆的需求数量。同时也包括按晶圆尺寸分析预测了晶圆减薄所使用的设备数量，以及影响上述应用的技术要点分析。
薄晶圆的需求增长迅猛 薄晶圆正催生磨削、化学机械抛光以及湿法/干法蚀刻设备产业的市场增长 现阶段，最常规的半导体应用减薄工艺为磨削，所减薄晶圆的平均起始厚度为750μm 到120μm。然而，厚度低于100 μm的硅晶圆会变得非常柔软有弹性，受迫于大批量加工制造的压力，仅仅凭借标准的磨削方法将厚度小于100 μm的硅晶圆进一步减薄，是非常具有挑战性的。 不同厚度的晶圆减薄所面临的技术问题 存储器和逻辑器件等领域需要额外的减薄步骤，如运用化学机械抛光（CMP）来消除由标准化磨削加工所引起的晶圆微开裂和边缘崩裂。背照式CMOS图像传感器是唯一使用湿法/干法蚀刻处理和化学机械抛光（CMP）的应用，因为背照式CMOS图像传感器需要最多步骤的背面磨削工艺来确保最好的芯片质量。 TAIKO工艺是由迪思科科技有限公司（以下简称DISCO）开发的新型晶圆背面磨削技术。这是功率器件应用的最重要的减薄工艺之一，可用于650V-1200V IGBTs器件和 40V-100V MOSFETs器件的背面金属化层的减薄。TAIKO工艺已经应用到英飞凌和意法半导体等功率器件主要制造商的大批量生产中。
东北大学信息科学与工程学院／ 关守平、鲍芳Ｅ－ｍａｉｌ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ１６＠１６３．ｃｏｍ 针对半导体行业的ＩＣ／晶圆划片机，基于ＰＣ机开发了软件系统，实现了对划片机的精确实时控制和数据管理。采用Ｃ＋＋ Ｂｕｉｌｄｅｒ６．０作为软件开发环境，应用ＡｃｔｉｖｅＸ组件和多线程等技术，并提出一种在缩放坐标系中精确绘制图形的算法／误差搜集算法，使开发的划片机软件系统满足了工业生产的需要。 ＩＣ／晶圆划片机软件系统的开发 ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）／晶圆划片设备是集成电路半导体加工后封装工艺中的重要组成部分［１］［２］，它广泛用于厚膜电路、铌酸锂、石英等脆硬材料的开槽划片加工，也适用于划片和切割各种晶体、陶瓷、玻璃、矿石和金属等。自２０世纪７０年代初划片机问世以来，诸多国家都积极投身于这一领域的研究。我国起步时间较晚，直到１９８２年才研制成功第一台国产划片机，在此之前，我国的划片机完全依赖进口。现如今，虽然我国划片设备的硬件水平已有了很大程度的提高，但对划片机的软件控制和管理水平，与国外相比还很落后。因此，开发先进实用的划片机的控制与管理一体化的软件系统，进一步提高划片机的控制精度和管理水平，显得必要而又非常迫切。 基于ＰＣ机控制的划片系统结构 按照物理结构可以分为三部分：上位机、下位机和执行机械，各部分间关系见图１。 上位机主要由建立在Ｗｉｎｄｏｗｓ（９８、２０００、ＸＰ）操作系统上的控制软件构成，用户通过人机交互界面下达加工指令，与下位机即控制器 通过串行通信来交换数据。上位机发出的指令到达控制器后，经过控制器中的单片机进行计算后，驱动步进电机的进行精确划片或切割。 上位机控制软件的设计 总体结构设计 考虑到与硬件联系紧密、可靠性要求高、需具有可移植性等特点，采用Ｂｏｒｌａｎｄ公司的快速开发工具Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ６．０作为开发平台。软件主要由算法与图形显示模块、多线程处理模块和串口通信模块组成。 算法与图形显示模块能够根据用户的给定进行计算，并应用误差搜集算法进行图形的精确显示。它可使用户看到完整的刀具运动轨迹和切割的过程，如刀尖的即时位置、被切割下的晶片脱落情况等， 解决了以往大部分控制软件的图形显示过快、已切割掉的部分与待切割部分连接在一起、图形不能显示真实加工情况的问题。 多线程能够完成多事件的处理，该处理模块主要完成在切割运行时，软件仍能响应用户合理操作的任务，但这种操作必须是符合逻 图１：基于ＰＣ机控制的划片系统结构图
本科毕业设计(论文) 题目：面向芯片封装的划片机机械结构设计 院（系）：机电工程学院 专业：机械设计制造及自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 201年0月
本科毕业设计(论文) 题目：面向芯片封装的划片机机械结构设计 院（系）：机电工程学院 专业：机械设计制造及自动化 班级：班 学生： 学号： 指导教师： 201年0月
面向芯片封装划片机机械结构设计 摘要 芯片封装是三大半导体行业之一。包装工艺包括：划线，粘膜，超声波焊接，包装，测试，包装。划片机就是芯片封装生产线上一个器件，不过这可是第一个关键器件，它的功能是将生产的晶圆加以切割，做成单元器件，并为下一个单元晶片的接合做准备。然而，因为和国外技术的差距比较大，所以中国划片机基本上都是从外国购买的。为了让中国拥有自己研发制作的划片机，详细设计了划片机机的整体规划和其中的关键部件。 在阐明划线工艺要求的基础上，我们先确定了划片机的主要功能，设计了划片机各部分的原理。然后，列出了四种不同的结构方案，分别分析它们的优缺点，仔细比较后选择其中的最优方案。最终完成了划片机整体规划。 在下一步中，每个零件结构的初步设计都按照划线过程的要求进行，包括各轴的传输方案和相关的结构参数。然后，根据主体的要求，对划片机的四个轴进行精心设计。通过计算，完成X，θ，Y，Z轴的螺母机构的选择类型、导轨选择。最后，完成划片机X，θ，Y，Z轴的装配图。 关键字：划片机；总体规划；结构设计；滚珠丝杠；步进电机；滚动直线导轨
Mechanical structure design of dicing saw for chippackaging Abstract Chip packaging is one of the three major semiconductor industries. Packaging processes include: scribing, mucosal, ultrasonic welding, packaging, testing, packaging. The dicing machine is a device on the chip packaging line, but this is the first key device, its function is to produce the wafer to be cut, made of unit devices, and for the next unit chip to do the preparation. However, because the gap between foreign technology and relatively large, so the Chinese dicing machine is basically purchased from foreign countries. In order to allow China to have its own R & D production of dicing machine, detailed design of the overall planning of the dicing machine and one of the key components. On the basis of clarifying the requirements of the scribing process, we first determined the main function of the dicing machine and designed the principle of each part of the dicing machine. Then, four different structural schemes are listed, and their advantages and disadvantages are analyzed respectively. After careful comparison, the optimal scheme is selected. Eventually completed the overall planning of the dicing machine. In the next step, the preliminary design of each part structure is carried out according to the requirements of the scribing process, including the transmission scheme of each axis and the related structural parameters. Then, according to the requirements of the main body, the four axes of the dicing machine are carefully designed. Through the calculation, the selection of the nut mechanism of the X, θ, Y, and Z axes is completed, and the guide rail selection is completed. Finally, complete the dicin g machine X, θ, Y, Z axis assembly diagram. Key words:dicing saw ；Overall planning ；Structure design ；Ball screw；Stepper motor ；Rolling linear guide rail
封装：晶圆切割 晶圆切割和微加工新技术 （排2页） Derek Chiang ( 江朝宗)，Bernold Richerzhagen和Sean Green；Synova 电子产品“轻、薄、短、小”的市场趋势，要求许多电子器件除了要有更小的体积外，还要有更强、更快的功能。生产技术也因此而快速发展。但经年累月，有些技术已发展到物理极限，几乎难以更上层楼。就半导体而言，如记忆体IC，已由早期的一层变成多层的封裝，一颗IC里叠了 7、8层芯粒(chip)，而总体积反而只有原来的几分之一。因此晶片(Wafer)的厚度也由650微米(Micron)一路减薄至120微米、100微米、75微米、50微米、25微米。当厚度降到100um以下，传统的划片技术已经出现问题，产能节节下降，破片率大幅攀升。晶片在此阶断价值不斐，几个百分点的破片率可能吃掉工厂辛苦创造的利润。因此处理这类超薄晶片，工程师们无不战战兢兢。当传统钻石片切削方式碰到了瓶颈，大家都想到试试激光。从业界的实际案例来看，激光仍有不少难题需要克服。其中最难解决的是热影响区(HAZ)过大及熔渣喷溅污染的问题。这些缺点足以影响或破坏晶片的电性，尤其那些高阶的wafer。因此改用激光并不如预期顺利。此间瑞士联邦科技大学Dr.Bernold Richerzhagen发明的水导激光(Water-Jet-Guided Laser商业上称微水刀激光)正好派上用场。该技术突破传统激光的概念, 巧妙地结合水刀和激光两种技术， 克服了热影响区等问题， 获得世界专利，可望成为晶片切割及精微加工的新利器。 水导激光原理 几千年来‘水火不融’的观念, 1993年被瑞士杰出的科学家Dr.Bernold Richerzhagen打破。他巧妙地结合水刀技术和激光技术的优点，创造出微水刀激光(Laser Micro Jet)。更精确的说法是水导激光(Water Jet Guided Laser)。他将激光聚焦后导入比发丝还细的微水柱中，从而引导光束，并冷却工件，消除了传统激光热影响区(Heat Affected Zone)过大的缺陷。大大提高了激光切割的质量，因而非常适合半导体、医疗器材、电子、航天等高精密、高洁净要求的加工。 从图1可看出激光束(Laser Beam)由上方导入, 经过聚焦镜及水腔(Water Chamber)的窗户进入，聚焦于喷嘴(Nozzle)的圆心.
武汉元禄光电技术有限公司https://www.doczj.com/doc/8417995964.html, 紫外激光加工技术在硅晶圆中的应用 硅材料是地壳中最为丰富的元素半导体，是电子器件中主要的原材料，广泛应用于大规模集成电路领域，我们所熟知的产品有晶圆。晶圆是半导体行业中最前沿的技术产品，一切的半导体技术从晶圆开始，晶圆我们常称之为硅晶片或硅晶圆。晶圆的加工是半导体制程中的重要环节，其加工制成也体现着一个国家的先进技术，代表着国家的竞争力。 早在四月份，国内就出现半导体技术被欧美国家卡脖子的情况，引起了大家的广泛关注，同时，也激起了发愤图强，发展半导体技术的口号与行动。在半导体领域中，前沿的晶圆加工技术是重中之重，如光刻显影技术，我们国家也一直在奋力追赶，引进了7nm工艺的ASML 光刻机，提升工艺制程的品质。那么你知道在晶圆工艺制程中还有那些重要制程吗？元禄光电带大家了解紫外激光加工技术在硅晶圆工艺制程中的应用。 硅晶圆（图片源自网络） 紫外激光加工技术应用到硅晶圆中的设备有紫外激光切割机以及紫外激光打标机，分别对应的是晶圆划线以及晶圆打标。 硅晶圆激光切割 硅晶圆在制作过程中通常是制作成分成6/8/12/18寸等多规格晶圆，包含了大量的晶片，应用到半导体制程中需要将晶圆中的晶片切割成一个个小片，再封装到半导体元器件中。这个工艺制程就需要用到紫外激光切割机，对晶圆进行划片，在裂片的方式加工。 传统的加工方式采用的是刀片的加工模式，而随着晶圆制程的改进，以及碳粉材料参杂的应用，晶圆的硬度越来越高，对加工的要求越来越高，紫外激光技术的应用很好的解决了这种缺陷，尤其是12寸晶圆加入碳粉后，硬度更高，紫外激光切割机的技术优势也就更明显。
晶圆级键合技术的最新发展 2011-11-24 19:37:28 来源：SUSS MicroTec 评论：0点击：179 晶圆片键合应用于MEMS工业已达数十年时间，业界有责任建立标准规范，设定气密性、键合强度、缺陷检测、批量生产设备。而高级CMP工艺、硅垂直深孔刻蚀、金属填充互联技术的发展将促使CMOS工业继续进步。MEMS 和CMOS生产制造技术的交叉彻底变革了整个市场。 Shari Farrens 博士 晶圆键合部-首席科学家 SUSS MicroTec 1. 引言 晶圆级MEMS（微电子机械系统）键合技术应用于生产加速度计、压力传感器和陀螺仪等领域已数十年。汽车工业一直以来都是这些MEMS器件的主要最终用户。但近期例如手机和游戏机产业的需求导致MEMS消费类产品市场爆发性增长，使得这一行业发生了巨大变化。最重大的变化可能就是更大的市场和更低的成本要求。同时，集成MEMS 器件和CMOS控制器或其它IC部件的需求，使得该技术研究开始转向关注怎样才能制造这些器件。 MEMS的晶圆级键合方式以往主要为阳极键合和玻璃浆料键合。这两种键合方式在产品使用寿命期间，都具有十分良好的气密性，并且对于上游制造方面的严苛要求如颗粒沾污和表层形貌，都具有相对良好的适应性。然而，这些方法并不能解决极限尺寸、集成度和垂直封装的问题。 2. 高级MEMS 键合要求 新型MEMS芯片需要满足更小产品尺寸的要求。实现这一目标最合适的方式应当是金属封装技术。相比其它材料，金属具有更低的透气性，因此可以提供更好的气密等级。金属密封材料在晶圆片上占用更小的面积，晶圆也就可以容纳更多的器件，所以在提高气密性的同时，微机械部件的实际尺寸也减小了。 金属密封技术的另一个特点是，它为芯片提供了电通路。所以在设计芯片时可以引入垂直互联金属层，实现晶圆堆叠和先进封装技术，从而进一步减小芯片尺寸，降低成本。 3. 金属键合技术 金属键合技术大体上可以分为两类：非熔化型扩散法以及自平坦化（熔化）共熔晶反应。在运用这两种技术时，可以根据所希望的技术参数和要求，分别选取适合的金属系。 金属扩散键合，是一种典型的热压力键合。首先，使金或铜沉积到需要连接的部件表面，然后将部件相互对准后置入精密晶圆键合机，如SUSS MicroTec公司的CB200中。键合机控制腔室内气氛，加热加压将部件键合到一起。扩散键合是物质界面间原子相互混合的结果，键合结果气密性极好。 对于表面粗糙度和形貌都符合一定要求的器件，扩散键合是一种很好的选择。键合中，金属层并不熔化，因此必须与需要键合的表面紧密接触，对于粗糙表面、表面有颗粒或其它表面缺陷的情况，这种键合方式就不合适了。 在共熔晶键合过程中，两种金属熔合为合金并固化。可用于共熔晶键合的金属材料有AuSi,、AuSn、AuGe、CuSn、AlGe，以及其它一些不常用的合金材料。共熔晶键合过程中，基片上的金属层在被称为共熔温度Te的特定温度下相互熔合。合金沉积当量或金属层厚度决定了合金的合金温度Te。金属共熔后发生了数个重要的工艺变化。 首先，金属材料熔化会导致金属层在结合面加速混合和消耗。这提供了一个良好的控制反应，可以形成均匀界面。其次，金属形成流体状态，这样在界面上，包括任何表面异形区域都可以自平坦化。 最后，共熔晶键合的重点是在重新凝固后使混合物形成晶体结构，从而获得很高的热稳定性。因此在任何时候T>Te 时，晶圆键合中的合金过程并不会由于一定的合金比例成分而结束，而是在界面处形成一个更稳定的熔融金相。
晶圆结构_晶圆用来干什么 晶圆结构公开了一种晶圆结构，用于形成多个管芯，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有相对的第一表面和第二表面；位于所述半导体衬底的第一表面上的多个第一功能层和多个第二功能层，所述多个第一功能层由划片道隔开，所述多个第二功能层位于所述划片道中；以及位于所述多个第二功能层下方的多个划片标记，其中，所述多个管芯分别包括半导体衬底的一部分和所述多个第一功能层中的相应一个功能层，所述多个第二功能层用于提供所述多个管芯中的相邻管芯之间的机械和/或电连接。所述晶圆结构可以在划片道中提供功能层，并且便于激光切割分离相邻的管芯。 晶圆切割工艺目前，硬脆材料切割技术主要有外圆切割、内圆切割和线铭切割。外圆切割组然操作简便，但据片刚性差，切割过程中锯片易跑偏。导致被切割工们的平行度差：而内圆切割只能进行直线切割。无法进行曲面切割。线锯切割技术具有切缝窄、效率高、切片质量好、可进行曲线切别等优点成为口前广泛采用的切割技术。 内圆切割时晶片表面损伤层大，给CMP带来很大黔削抛光工作最：刃口宽。材料损失大。品片出率低：成木高。生产率低：每次只能切割一片。当晶圆直径达到300mm时。内圆刀片外径将达到1.18m.内径为410mm.在制造、安装与调试上带来很多困难。故后期主要发展线切别为主的晶圆切割技术。 金刚石线锯足近十几年来获得快速发展的硬脆材料切割技术。包括自由助料线锯和固结磨料线锯两类。根据锯丝的运动方式和机冰结构。又可分为往复式和单向（环形）线锯。 目前在光电子工业中，使用最为广泛的是往复多线锯晶圆切割。 晶圆制造过程晶圆是制造半导体芯片的基本材料，半导体集成电路最主要的原料是硅，因此对应的就是硅晶圆。 硅在自然界中以硅酸盐或二氧化硅的形式广泛存在于岩石、砂砾中，硅晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤：硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型。 首先是硅提纯，将沙石原料放入一个温度约为2000 ℃，并且有碳源存在的电弧熔炉中，
毕业设计(论文)开题报告 题目：划片机的总体规划及Y、Z轴设计
开题报告填写要求 1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。 2.开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。 3.开题报告字数应在1500字以上，参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少3篇），文中引用参考文献处应标出文献序号，“参考文献”应按附件中《参考文献“注释格式”》的要求书写。 4.年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2008年11月26日”。 5.开题报告增加封面，封面格式：题目：宋体，加粗，二号；系别等内容格式：宋体，四号，居中。
毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 一、题目背景及研究意义 IC封装是半导体三大产业之一(器件设计、晶片制作和器件封装)。其后封装工序主要包括:划片、粘片、超声球焊、封装、检测、包装。划片机是IC后封装线上的第一道关键设备，其作用是把制作好的晶片切割成单元器件，为下一步单元晶片粘接做好准备。划片机切割晶片的规格一般为3-6晶片，单元晶片的外型一般为矩形或多边形。目前，我国的半导体封装设备(如划片机、粘片机、金丝球焊机等)还主要从美国、日本、新加坡引进。为了促进IC封装设备的国产化，本课题组开展了IC封装设备划片机的研制工作。因此把“划片机的总体规划及Y、Z轴设计”作为本科论文的课题，既有较大的学术价值，又有广阔的应用前景。 二、国内外研究现状 1、划片技术的发展 划片技术是集成电路后封装的一道工序，划片机的划片方法根据其发展过程可以分为三种:金刚石划片、激光划片和砂轮划片。 （1）金刚石划片 这是最早出现的划片方法，是目前用得最少的方法，与划玻璃的原理相同。使用锋利的金刚石尖端，以50克左右的固定载荷划出小片的分割线，再加上弯曲力矩使之分成小片。一般来说，金刚石划片时线条宽度为6一8μm 、深度为5μm ，硅表面发生塑性变形，线条周围有微裂纹等。如果划片时出现切屑，掰片时就可能裂开，小片的边缘又不整齐，分片就不能顺利进行。金刚石尖有圆锥形(l点式)、四方锥形(4点式)等。圆锥形的金刚石尖是采用其十二面体晶格上的(111>轴，并将尖端加工成半径2一5 μm的球面。划片的成品率在很大程度上取决于金刚石尖端的加工精度及其锋利性的保持情况。 （2）激光划片 第二代划片的方法是激光划片。激光划片就是将激光呈脉冲状照射在硅片表面上，被光照的那一部分硅就会因吸收激光而被加热到10000℃的高温，并在一瞬间即气化或熔化了，使硅片留下沟槽，然后再沿沟槽进行分开的方法。激光划片时，硅粉会粘在硅片表面上，所以还必须对硅片上的灰尘进行必要的处理。该方法划硅片比金刚石划片的成品率高，所以曾经在一个时期内替代了金刚石划片。 但激光划片对工艺条件十分敏感。激光功率、划片速度、焦点位置、气流压力等参数的波动或变化都会影响划片质量，致使划片深度尺寸不均匀，导致分片时容易碎片，降低成品率，增加了成本。同时激光划片时，高温对热组织区内的材料也有很大的影响，从而影响到芯片的性能。但激光划片相对于其他的划片技术来说，结构简单，
晶圆(Wａｆｅr) 制程工藝學習 晶圆（Waｆｅｒ）得生产由砂即(二氧化硅)开始,经由电弧炉得提炼还原成冶炼级得硅,再经由盐酸氯化，产生三氯化硅,经蒸馏纯化后,透过慢速分解过程,制成棒状或粒状得「多晶硅」。一般晶圆制造厂,将多晶硅融解后,再利用硅晶种慢慢拉出单晶硅晶棒。一支８5公分长,重76、6公斤得８吋硅晶棒，约需２天半时间长成。经研磨、拋光、切片后，即成半导体之原料晶圆片。?光学显影 光学显影就是在光阻上经过曝光与显影得程序，把光罩上得图形转换到光阻下面得薄膜层或硅晶上。光学显影主要包含了光阻涂布、烘烤、光罩对准、曝光与显影等程序。小尺寸之显像分辨率,更在ＩC 制程得进步上，扮演着最关键得角色。由于光学上得需要,此段制程之照明采用偏黄色得可见光。因此俗称此区为黄光区。 干式蚀刻技术 在半导体得制程中,蚀刻被用来将某种材质自晶圆表面上移除。干式蚀刻(又称为电浆蚀刻)就是目前最常用得蚀刻方式,其以气体作为主要得蚀刻媒介,并藉由电浆能量来驱动反应。?电浆对蚀刻制程有物理性与化学性两方面得影响。首先,电浆会将蚀刻气体分子分解,产生能够快速蚀去材料得高活性分子。此外,电浆也会把这些化学成份离子化，使其带有电荷。 晶圆系置于带负电得阴极之上,因此当带正电荷得离子被阴极吸引并加速向阴极方向前进时,会以垂直角度撞击到晶圆表面。芯片制造商即就是运用此特性来获得绝佳得垂直蚀刻，而后者也就是干式蚀刻得重要角色。 基本上,随着所欲去除得材质与所使用得蚀刻化学物质之不同，蚀刻由下列两种模式单独或混会进行: ?1、电浆内部所产生得活性反应离子与自由基在撞击晶圆表面后,将与某特定成份之表面材质起化学反应而使之气化。如此即可将表面材质移出晶圆表面,并透过抽气动作将其排出。?2、电浆离子可因加速而具有足够得动能来扯断薄膜得化学键,进而将晶圆表面材质分子一个个得打击或溅击(sｐuttｅｒiｎg)出来。 ?化学气相沉积技术 化学气相沉积就是制造微电子组件时,被用来沉积出某种薄膜（filｍ)得技术,所沉积出得薄膜可能就是介电材料(绝缘体)（dieleｃｔriｃs)、导体、或半导体。在进行化学气相沉积制程时,包含有被沉积材料之原子得气体,会被导入受到严密控制得制程反应室内。当这些原子在受热得昌圆表面上起化学反应时,会在晶圆表面产生一层固态薄膜。而此一化学反应通常必须使用单一或多种能量源(例如热能或无线电频率功率)。 CＶＤ制程产生得薄膜厚度从低于0、5微米到数微米都有,不过最重要得就是其厚度都必须足够均匀。较为常见得CＶD薄膜包括有: ?■二气化硅(通常直接称为氧化层）?■氮化硅?■多晶硅 ■耐火金属与这类金属之其硅化物 可作为半导体组件绝缘体得二氧化硅薄膜与电浆氮化物介电层（pｌasmas niｔrｉde ｄｉｅlectricｓ)就是目前ＣVD技术最广泛得应用。这类薄膜材料可以在芯片内部构成三种主要得介质薄膜:内层介电层(ILD)、内金属介电层(IＭD)、以及保护层。此外、金层化学气相沉积(包括钨、铝、氮化钛、以及其它金
By Dianne Shi and Ilan Weisshas 本文介绍，先进圭寸装（advaneed packaging的后端工艺（back-end）之一: xx 圆切片(wafer dicing)。 在过去三十年期间，切片(dieing)系统与刀片(blade)已经不断地改进以对付工艺的挑战和接纳不同类型基板的要求。最新的、对生产率造成最大影响的设备进展包括: 采用两个切割(two cuts)同时进行的、将超程(overtravel)减到最小的双轴(dual-spindle)切片系统，代表性的有日本东精精密的AD3000T和AD2000T;自动心轴扭力监测和自动冷却剂流量调节能力。重大的切片刀片进步包括一些刀片，它们用于很窄条和/或较高芯片尺寸的晶圆、以铜金属化的晶圆、非常薄的晶圆、和在切片之后要求表面抛光的元件用的晶圆。许多今天要求高的应用都要求设备能力和刀片特性两方面都最优化的工艺，以尽可能最低的成本提供尽可能高的效率。 最近，日本东精精密又向市场推出了非接触式的激光切割设备ML200和 ML300 型 切片机制(The Dicing Mechanism) 硅晶圆切片工艺是在“后端”装配工艺中的第一步。该工艺将晶圆分成单个的芯片，用于随后的芯片接合(die bon di ng)、弓I线接合(wire bonding)和测试工序。 一个转动的研磨盘(刀片)完成切片(dicing)。一根心轴以高速， 30,000~60,000rpm (83~175m/sec的线性速度)转动刀片。该刀片由嵌入电镀镍矩 阵黏合剂中的研磨金刚石制成。 在芯片的分割期间，刀片碾碎基础材料(晶圆)，同时去掉所产生的碎片。材料的去掉沿着晶方(dice)的有源区域之间的专用切割线(迹道)发生的。冷却剂(通常是去离子水)指到切割缝内，改善切割品质，和通过帮助去掉碎片而延长刀片寿命。每条迹道(street)的宽度(切口)与刀片的厚度成比例。 关键工艺参数 硅圆片切割应用的目的是将产量和合格率最大，同时资产拥有的成本最
晶圆激光划片切割应用 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 圆划片是半导体芯片制造工艺流程中的一道必不可少的工序，在晶圆制造中属后道工序。将做好芯片的整片晶圆按芯片大小分割成单一的芯片（晶粒），称之为晶圆划片。 在晶圆划片行业，主要有两种切割工艺，一个是传统的刀片切割，另一个新型的现代工艺激光划片。下面，将通过对比两种切割工艺，证明激光划片的优势。 刀片划片 最早的晶圆是用划片系统进行划片（切割）的，现在这种方法仍然占据了世界芯片切割市场的较大份额，特别是在非集成电路晶圆划片领域。金刚石锯片（砂轮）划片方法是目前常见的晶圆划片方法。原理：当工作物是属于硬、脆的材质，钻石颗粒会以撞击（Fracturing）的方式，将工作物敲碎，再利用刀口将粉末移除。 存在的问题 ●刀片划片直接作用于晶圆表面，易产生裂纹,碎片和分层；
●划片线宽较大,宽切槽一般有50-100um,晶圆利用率低； ●刀具易磨损,需要频繁更换刀具,另外还需要大量去离子水,增加了切割成本； ●化学法,蚀刻速度慢,对环境污染大，切割后的硅粉水难处理。 激光划片 由于激光在聚焦上的优点, 聚焦点可小到亚微米数量级, 从而对晶圆的微处理更具优势, 可以进行小部件的加工。即使在不高的脉冲能量水平下, 也能得到较高的能量密度, 有效地进行材料加工。激光划片属于非接触式加工，可以避免出现芯片破碎和其它损坏现象。 加工优势 ●激光划片窄切槽(10-30um)，晶圆利用率高； ●激光是非接触加工,不会产生机械应力,适合薄晶圆作业，具有更好的兼容性和通用性； ●激光划片速度快，高达300mm/s； ●激光自动化程度高,可以切割一些较复杂的晶圆芯片； ●激光划片不需要去离子水，不存在刀具磨损问题，并可连续24小时作业。 下图所示为使用皮秒超精细激光切割后的状况示意图，由图中可以看出，相对于传统的机械切割方式，使用激光切割边缘几乎无任何崩边等问题，亦不存在任何残渣等影响产品后续效果的物质，由此产品的良品率得到大幅的提升，同时激光切割的速度可以达到300mm/s，相对传统的几十mm/s的速度，产品的产能得到大幅的提升，机器的购买数量减少，相应的厂房占地、人员管理等都相应大幅减少，为企业的生存及竞争力提供了强有力的保障。由最下方图示可以看出，由于皮秒激光超精细微加工的切割缝宽做到了10微米级别的程度，单片晶圆的晶粒数得到了大幅的增长，为企业降低成本、提高产能、提高利润提供了非常强大的技术应用基础；
本文介绍，先进封装(advanced packaging)的后端工艺(back-end)之一：晶圆切片(wafer dicing)。 在过去三十年期间，切片(dicing)系统与刀片(blade)已经不断地改进以对付工艺的挑战和接纳不同类型基板的要求。最新的、对生产率造成最大影响的设备进展包括：采用两个切割(two cuts)同时进行的、将超程(overtravel)减到最小的双轴(dual-spindle)切片系统，代表性的有日本东精精密的AD3000T和AD2000T；自动心轴扭力监测和自动冷却剂流量调节能力。重大的切片刀片进步包括一些刀片，它们用于很窄条和/或较高芯片尺寸的晶圆、以铜金属化的晶圆、非常薄的晶圆、和在切片之后要求表面抛光的元件用的晶圆。许多今天要求高的应用都要求设备能力和刀片特性两方面都最优化的工艺，以尽可能最低的成本提供尽可能高的效率。 最近，日本东精精密又向市场推出了非接触式的激光切割设备ML200和ML300型 切片机制(The Dicing Mechanism) 硅晶圆切片工艺是在“后端”装配工艺中的第一步。该工艺将晶圆分成单个的芯片，用于随后的芯片接合(die bonding)、引线接合(wire bonding)和测试工序。 一个转动的研磨盘(刀片)完成切片(dicing)。一根心轴以高速，30,000~60,000rpm (83~175m/sec的线性速度)转动刀片。该刀片由嵌入电镀镍矩阵黏合剂中的研磨金刚石制成。 在芯片的分割期间，刀片碾碎基础材料(晶圆)，同时去掉所产生的碎片。材料的去掉沿着晶方(dice)的有源区域之间的专用切割线(迹道)发生的。冷却剂(通常是去离子水)指到切割缝内，改善切割品质，和通过帮助去掉碎片而延长刀片寿命。每条迹道(street)的宽度(切口)与刀片的厚度成比例。 关键工艺参数 硅圆片切割应用的目的是将产量和合格率最大，同时资产拥有的成本最小。可是，挑战是增加的产量经常减少合格率，反之亦然。晶圆基板进给到切割刀片的速度决定产出。随着进给速度增加，切割品质变得更加难以维持在可接受的工艺窗口内。进给速度也影响刀片寿命。 1