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晶圆如何切合成晶粒?
来源: | 作者:id1506174 | 发布时间: 2018-09-21 | 2509 次浏览 | 分享到:


赛邦为客户提供定制化服务,其中晶圆减薄、晶圆切割或硅片划片是最重要的一项业务,我们主要采用砂轮划片,同时对异形晶圆或硅片也提供激光切割服务。


划片刀项目背景

在半导体晶圆封装前期工作中,划片刀(dicing blade)是用来切割晶圆,是制造芯片的重要工具,它对于芯片的质量和寿命有直接的影响。划片刀在半导体封装工艺中的使用如下图所示:

随着芯片的小型化、大容量化、以及高效化,芯片的结构越来越复杂,芯片之间的有效空间越来越小,因而其切割的空间也越来越窄。这对于精密切割晶圆的划片刀的技术要求越来越高。

目前切割晶圆有两种方法:一种是激光切割,另一种是机械切割,即划片刀切割,而后者是当前切割晶圆的主力。其原因是:

1)激光切割不能使用大功率以免产生热影响区(HAZ)破坏芯片;

2)激光切割设备非常昂贵(一般在 100 万美元/台以上);

3)激光切割不能做到一次切透(因为 HAZ 问题),因而第二次切割还是用划片刀来最终完成;

 所以划片刀会在相当长的一段时间内,是半导体封装工艺中不可缺少的材料之一。

 
                      


划片刀结构

目前在晶圆切割中使用的划片刀都为砂轮划片刀,其外形如下图。划片刀主要由基体和刀片两部分组成,基体部分一般采用铝合金材料,而刀片部分则采用金刚石颗粒作为研磨成分和金属镍作为粘结剂。
划片刀的应用及选择


划片刀的使用流程及示意图,如下图

 

 

划片刀的选择有五个重要参数,分别是:金刚石粒度、刀刃长度、刀刃厚度、粘结剂类型、金刚石颗粒浓度。

金刚石粒度:金刚石颗粒的大小直接影响划片质量、划片速度、主轴转速以及刀片寿命。当金刚石颗粒粒度较小时,切割品质较好,但是切割速度不宜太快,否则刀子磨耗较大;而当金刚石颗粒较大时,刀子磨耗量小,切割速度较快,负载电流较小。

刀刃长度:刀刃的长度应根据晶圆的厚度,承载薄膜的厚度,最大允许崩角的尺寸来进行定义,刀锋不能选得过长,因为长的刀锋会在切割时引起刀片的摆动,会导致较大的崩角。

刀刃厚度:刀刃厚度决定了切割道的宽度。

粘结剂类型:粘结剂的硬度影响划切质量、进刀速度以及刀片寿命,一般分为软、中软、标准、硬四种。硬的粘结材料可以更好地固定金刚石颗粒,因而可以提高划片刀的寿命;软的粘结材料能够加速金刚石颗粒的自我锋利(Self Sharpening)效应,令金刚石颗粒保持尖锐的棱角形状,因而可以减小晶圆的正面崩角或分层,但代价是划片刀寿命的缩短。

金刚石浓度:金刚石浓度是通过每立方体积中金刚石重量来计算。金刚石浓度对切割质量的控制也十分关键。对于相同的金刚石颗粒大小但具有不同浓度的刀片,划片刀每一个旋转周期移去的硅材料是相同的,但是,平均每一个金刚石颗粒移去的硅材料的量是不同的。实验发现,金刚石颗粒浓度较高时可以延长划片刀的寿命,同时也可以减少晶圆背面崩角,而金刚石颗粒浓度较小时可以减少正面崩角。


 



晶圆划片刀产品市场现状

1. 目前晶圆划片刀市场主要被日本 Disco、美国 K&S 以及韩国等供应商占领,国内无厂家能生产高端晶圆加工的划片刀,其主要问题是未掌握划片刀生产过程中铝飞盘精加工和刀片薄膜成型等关键核心技术。

2.晶圆划片刀属消耗品, 目前国内划片刀每年需求量在 600-800 万片。

3.高端划片刀几乎被日本 Disco 所垄断, 其在国内市场的占有率为 80%-85%。 我国应该拥有自主可控的高科技产品, 彻底改变严重依赖国外进口的被动局面, 填补国内在该技术和产品上的空白。