芯片的切割技术
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芯片的切割技术:
芯片切割的概念,芯片切割的方式,激光切割
芯片切割的概念:晶圆切割(Die saw),有时也叫“划片”(Dicing)。
一个晶圆上做出来的独立的IC有几百个到几千个甚至上万个,切割的目的是将整个晶圆上每一个独立的IC通过高速旋转的金刚石刀片切割开来,为后面的工序做准备。
芯片的切割是指将晶圆上的多个芯片分离开来,以便在后续的封装中对单个芯片进行粘贴,键合等操作。
左图为芯片切割前,有图为芯片切割后
另一个重要的概念,绷片:绷片(Wafer Mounter)——是一道辅助工序,主要是给晶圆的背面贴上一层有弹性和一定粘性的蓝膜,并固定在一个直径稍大的金属框架上,以利于后面的加工。
为了避免粘贴不牢靠而造成切割过程中的飞片问题,在绷膜的过程中要加60~80度的温度。
这是绷片的示意图
飞片:
在切割的过程中,刀片的转速往往达到几万转/分钟,而切割道的宽度往往只有几十到一百微米,所以对于设备的要求也是很高的。
如果前面绷膜的时候晶圆粘贴不牢靠或者有气泡存在,切割开来的硅片(Die)就会从蓝膜上飞出来,称作飞片。
飞片是非常危险的,第一是会造成成品率的下降,第二是飞出来的硅片可能会造成临近硅片的物理损伤。
这就是为什么刀片需要这么高的转速的一个原因。
这是切割过程钟可能存在的切割损伤
芯片的切割方式:
一般分为两种:
刀片切割/激光切割
刀片切割:用机械的方式对晶圆进行切割,通过空气静压主轴带动金刚石砂轮划切刀具高速旋转,将晶圆或器件沿切割道方向进行切割或开槽。
激光切割:
激光划片是指把高峰值功率的激光束聚焦在硅片(或陶瓷基片、金刚石薄膜等)表面,使硅材料表面产生高温汽化,从而打出连续的盲孔,形成沟槽。
一般采用峰值功率高、模式好的1064nm或532nm波长激光光源
刀片切割:
刀片切割原理是撞击
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。
(容易产生绷碎:chipping)左边是切割时钻石颗粒的撞击示意图,这是刀片切割的仿真示意。
激光切割:激光属于无接触式加工,不对晶圆产生机械应力的作用,对晶圆损伤较小。
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越性, 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。
左图是激光切割示意图,右图是激光切割机。
通过对传统的刀片切割与激光切割对比可以知道:
1.机械划片是机械力直接作用在晶圆表面,在晶体内部产生应力损伤,容易产生晶圆崩边及晶片破损。
激光划片是非机械式的,可以避免出现芯片破碎和其它损坏现象。
2.由于刀片具有一定的厚度,由此刀具的划片线宽较大。
金刚石锯片划片能够达到的最小切割线宽度一般在25~35微米之间。
激光划片采用的高光束质量的光纤激光器对芯片的电性。