國(guó)產(chǎn)劃片機(jī) 2023-02-28
劃片機(jī)是使用刀片，高精度地切斷硅?玻璃?陶瓷等被加工物的裝置，是半導(dǎo)體后道封測(cè)中晶圓切割和WLP切割環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備。隨著集成電路沿大規(guī)模方向發(fā)展，劃片工藝呈現(xiàn)愈發(fā)精細(xì)化、高效化的趨勢(shì)。從19世紀(jì)60年代采用劃線加工法依賴(lài)于人工操作的金剛刀劃片機(jī)，到1968年英國(guó)LP公司發(fā)明的金剛石砂輪劃片機(jī)采用研磨的工藝替代了傳統(tǒng)的劃線斷裂工藝，再到后續(xù)的自動(dòng)化劃片機(jī)進(jìn)一步提升了劃片的效率。目前劃片機(jī)廣泛用于半導(dǎo)體封測(cè)、EMC導(dǎo)線架、陶瓷薄板、PCB、藍(lán)寶石玻璃等材料的精密切割領(lǐng)域。
國(guó)產(chǎn)劃片機(jī)將設(shè)計(jì)好的電路苦頭雕刻在上面
半自動(dòng)劃片機(jī)是指被加工物的安裝及卸載作業(yè)均采用手動(dòng)方式進(jìn)行，只有加工工序?qū)嵤┳詣?dòng)化操作的裝置，下面是國(guó)產(chǎn)劃片工藝分析：
1、工藝比較
刀片切割方法包括一次切割和分步連續(xù)切割。效率高、成本低、使用壽命長(zhǎng)。它是使用最廣泛的切割工藝，在較厚的晶圓（>；100微米）上具有優(yōu)勢(shì)。激光切割具有高精度和高速度。它主要適用于切割較薄的晶圓（<；100微米）。切割較厚的晶片時(shí)，存在高溫?fù)p壞晶片的問(wèn)題，需要刀片進(jìn)行二次切割。此外，激光頭價(jià)格昂貴，使用壽命短。目前，刀片切割占市場(chǎng)份額的80%，激光切割僅占20%。刀片切割預(yù)計(jì)將長(zhǎng)期保持主流模式。
2、主流技術(shù)
金剛石切割是切割的主流技術(shù)。切割采用金剛石顆粒和粘結(jié)劑組成的刀片。切削過(guò)程中，金剛石顆粒以金屬鎳作為磨料顆粒固定在工具體上。刀片以一定的速度旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給，并使用水作為切削液。在切割過(guò)程中，金剛石顆粒膨脹并與粘合劑形成稱(chēng)為“夾屑槽”的結(jié)構(gòu)，鏟挖切割通道材料，然后將其分離。在切割過(guò)程中，金剛石顆粒不斷磨損，暴露出新的顆粒，保持刀片鋒利并清除切割碎屑。切割過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑會(huì)粘附在刀片上，因此在切割過(guò)程中盡量防止切割碎屑粘附，并妥善處理切割碎屑，以確保刀片在切割過(guò)程中的正常運(yùn)行。
對(duì)于金剛石切割，金剛石顆粒越大，刀片的切割能力越強(qiáng)，金剛石顆粒的磨損越慢，葉片使用壽命越長(zhǎng)。但是，顆粒越大，切削過(guò)程對(duì)切削表面的影響越大，容易造成裂紋、崩邊等嚴(yán)重缺陷。較小的金剛石磨粒可以減少切割過(guò)程中對(duì)切割表面的影響，并減少出現(xiàn)較大切割缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。但是，如果金剛石不能及時(shí)脫落和更新，很容易包裹刀具，導(dǎo)致刀片的切割能力急劇下降和嚴(yán)重缺陷。
刀體的金剛石顆粒濃度將顯著影響切割切屑的質(zhì)量。當(dāng)金剛石顆粒濃度較大時(shí)，金剛石顆粒會(huì)隨著粘結(jié)劑的磨損及時(shí)脫落和更新，有利于延長(zhǎng)刀片的使用壽命。此外，粘結(jié)劑越軟，金剛石越容易脫落，反之亦然。因此，使用較硬的粘結(jié)料進(jìn)行切割會(huì)對(duì)切割表面造成嚴(yán)重?fù)p壞，而較軟的粘結(jié)料沖擊較小，損壞較小。金剛石粒度和濃度的選擇應(yīng)與粘結(jié)劑的類(lèi)型相結(jié)合，并應(yīng)綜合考慮。
3、切割劃片流程
芯片被晶圓切割成單獨(dú)的顆粒，然后被芯片封裝后即可使用。劃片時(shí)，應(yīng)控制劃片刀的移動(dòng)速度和劃片刀的旋轉(zhuǎn)速度。不同芯片的厚度和藍(lán)色薄膜的粘度需要有相應(yīng)的匹配參數(shù)，以減少劃片過(guò)程中的碎片現(xiàn)象。切割過(guò)程中殘留的硅渣會(huì)損壞切割工具和切屑，導(dǎo)致成品率損失。切割過(guò)程中，需要用清水清洗以去除硅渣，并控制噴射角度和水量。
金剛石刀片以每分鐘30000-40000轉(zhuǎn)的高速切割晶圓塊。同時(shí)，承載晶片的工作臺(tái)沿刀片與晶片接觸點(diǎn)的切線方向以一定速度直線移動(dòng)，切割晶片產(chǎn)生的硅片被分離器水沖走。為了在劃片過(guò)程中達(dá)到特殊的切屑表面保護(hù)效果，一些切屑需要在所有切割中切割兩次。此時(shí)，用于第一次切割的刀片相對(duì)較寬，用于第二次切割的刀片相對(duì)較窄。
4、影響切割質(zhì)量的因素
影響晶圓切割質(zhì)量的因素很多，包括材料、切割儀器、工作環(huán)境、切割方法等因素。從材料的角度來(lái)看，硅片的硅襯底和電路層材料在硅片切割過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致不同的機(jī)械性能。不同材料的刀片的選擇會(huì)對(duì)切割方法有不同的要求，因此會(huì)表現(xiàn)出不同的切割質(zhì)量。從切割儀器的角度來(lái)看，由于不同機(jī)器的切割功率不同，切割臺(tái)的選擇也會(huì)影響切割質(zhì)量。從工作環(huán)境來(lái)看，冷卻水的壓力和流量是影響切削質(zhì)量的因素。水流速度過(guò)慢會(huì)導(dǎo)致冷卻效果不足，切割摩擦產(chǎn)生的熱量難以及時(shí)排出和積累，可能導(dǎo)致金剛石磨粒破碎，降低刀片的切割能力和切割精度，并因切割碎屑無(wú)法及時(shí)清除而影響刀片的切割能力。從切割方式來(lái)看，主要涉及切割深度、刀片轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。適當(dāng)?shù)膮?shù)對(duì)于獲得良好的切削質(zhì)量非常重要。其他因素，如機(jī)器操作技能，也會(huì)影響晶圓切割質(zhì)量。
