集成电路封装与测试 课件 封装 5.2晶圆划片2

集成电路封装技术1IntegratedCircuitPackagingTechnology晶圆划片1划片刀2划片常见异常及影响因素*刀片转速

:

40,000~60,000rpmFullCutting(105%)*DIWater（去离子水的作用）：

洗去硅的残留碎片

电阻系数:16~18Mohm

水的冲洗速度:80~100mm/sec

切割方法：:单步切割（single)

分步切割

(step)AlNi金刚石小颗粒(3~6micrometer)*易产生的问题

:DieCrack（芯片破裂）锯口宽度Blade1划片刀划片刀切割原理1划片刀划片刀切割原理1划片刀晶圆切割四要素主

轴1.主

轴

砂轮划片机主轴采用空气静压支承的电主轴。2.水

源划片机所使用的水源有两路，主轴冷却水和切割冷却水。3.承片台:陶瓷微孔吸盘4.刀具每一类刀具都有外径大小、厚度、磨粒尺寸（筛号）、结合剂、集中度、刃口形状等的不同；根据安装方法可分为软刀和硬刀两种。

软刀硬刀1.滑擦阶段：切削刃刚开始与晶圆接触时，切削力是由小逐渐增大的，这时候磨粒并未切削晶圆，而只是在其表面滑擦而过，晶圆也仅仅产生弹性变形。2.耕犁阶段（也称刻划阶段）：当磨粒继续切入晶圆，晶圆表面开始产生塑性变形，磨粒前方受挤压的材料向两边塑性变形，在晶圆表面耕犁出沟槽，而沟槽的两侧微微隆起产出断裂。3.切削阶段磨粒继续向晶圆切入，切削向下的垂直力不断增大，达到临界值时，被磨粒挤压断裂的材料碎屑通过刀口容屑槽和冷却水冲刷，排除出沟槽，达到去除材料的目的。1划片刀刀片起划切作用的是切削刃（刀刃），切削刃上有无数个磨粒，这些磨粒对晶圆进行切削。切削过程刀片组成结构示意图1划片刀划片刀刃组成人造金刚石颗粒结合剂划片刀主要由法兰和刀刃组成。影响划片刀性能的三个主要因素：金刚砂颗粒大小结合剂强度金刚砂集中度刀片结构刀片结构之总体结构主要可以分为以上3方面1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石颗粒类型1划片刀立方氮化硼碳化硅氧化铝金刚钻刀片结构刀片结构之金刚石颗粒类型不同的材料硬度相差很大1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石颗粒类型硬度随温度的变化。大部分都是采用金刚石，但是部分涉及到切割含有金属的会采用CBN。1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石颗粒形状圆锥形、二点形、三点形(3P)、三角锥形、四角锥形、四方柱形(4P)等形狀。其中又以三点形(3P)、四方柱形(4P)采用的较多。1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石颗粒尺寸数字越大，颗粒越小1划片刀金刚石粒度是表示金刚石颗粒的大小，一般用微米（um）表示。每个国家都有自己的标准，标记方法有所区别，我国执行的是国家标准（GB/T6406-1996).刀片结构刀片结构之金刚石颗粒尺寸数字越大，颗粒越小1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石颗粒尺寸大-寿命长小-正崩小1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石颗粒尺寸正崩与背崩的表现形式。1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石颗粒尺寸正崩是由金刚石颗粒与硅片表面的接触情况决定的，而背崩是由刀片的垂直方向的力对硅片造成的微裂缝决定的。1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石集中度表征金刚石颗粒在刀片中的占比。如果刀片是由100%的金刚石颗粒做成，那集中度是多少？1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石集中度1划片刀刀片结构刀片结构之金刚石集中度高-寿命长低-正崩小1划片刀刀片结构刀片结构之结合剂型号材料特点应用电镀镍等刃长能做得比较长，最高的切割能力，不易磨耗切割硅和其他半导体基材金属锡等磨耗慢，结合强度够分离环氧树脂玻璃树脂合成树脂磨耗快，划片质量好切割玻璃、石英，精磨半导体晶圆1划片刀刀片结构刀片结构之结合剂软-正崩小硬-寿命长1划片刀刀片结构刀片使用1划片刀刀刃伸出量和划片深度刀片使用检查安装设定工作条件修真圆预切割（磨刀）刀片使用之刀刃伸出量和划片深度当刀刃伸出量和划片深度、或者和刀片厚度搭配不当时，会导致波浪形切割和刀缝过宽。所以两者必须搭配得当，同时也需和硅片厚度、硅片材料匹配。1划片刀刀片使用刀片使用之铝盘安装铝盘是跟刀片直接接触的，如果铝盘的表面状况不好，或者是安装不当，都会导致法兰晃动---严重影响切割质量。1划片刀刀片使用划片工艺刀片使用之修真圆修真圆的目的是让刀刃的伸出量在刀片的每个地方尽量一样。这一步是必须的，因为在刀片和铝盘之间一般都有或大或小的间距-----两者不同心1划片刀刀片使用刀片使用之修真圆1划片刀刀片使用刀片使用之预切割修真圆后金刚石颗粒的暴露还不充分，碎屑口袋还没形成。预切割的目的就是充分暴露金刚石颗粒，并形成碎屑口袋。1划片刀刀片使用刀片使用之预切割1划片刀刀片使用刀片使用之预切割和修真圆效果1划片刀刀片使用切割方式BladeWaferBlade45000rpmWaferTapeSinglecutTape1划片刀切割方式stepcutBladeWaferBlade45000rpmWafer1划片刀切割方式1划片刀刀片自锐金刚石刀具有一个显著的特点，在切割过程中随着刀片不断的磨损，不断裸露出新的金刚石磨粒，继续参与磨削，让刀具保持足够的锋利性，保持稳定的切削效果，我们把这个过程称为“自锐”。但是在切削不同材料工件上，刀片自锐性表现不一而足，当刀片自锐性不足时，可以进行修刀，帮助金刚石裸露，以达到稳定良好的切削效果。1、破损（碎角、正崩、背崩）：芯片正反两面都会发生。一般与芯片本身的材料、工艺有很大关系。2、划偏：校准不当，水温变化、机器故障3、掉芯片：贴膜有气泡、背金不良造成蓝膜粘贴不牢。2常见异常及影响因素常见异常chipping2常见异常及影响因素常见异常chipping正崩背崩2常见异常及影响因素常见异常2常见异常及影响因素正崩常见异常2常见异常及影响因素背崩常见异常崩裂刮伤2常见异常及影响因素常见异常2常见异常及影响因素影响因素辅助耗材的选配，如：冷却水系统（RO水、DI水、CO2、活化剂）、切割膜切割品质的影响分析合适的划片刀和合适的加工条件，对于获得满足工艺要求的切割效果都起着至关重要的作用。在划片过程中，划片刀刃口的金刚砂颗粒不断的被磨损、剥落和更新，以保证刃口锋利，得到较好的切割效果。如果被磨损的金刚砂颗粒没有及时脱落更新，就会导致划片刀变钝，切割电流变大，切割温度过高，即所谓划片刀过载，发生芯片背面崩裂。解决划片刀过载的问题，可以有效的控制背面崩裂。在工艺控制方面，冷却水流量、切割速度、主轴转速是影响划片刀过载的三个主要因素。工艺条件:2常见异常及影响因素影响因素冷却水的影响冷却水的主要作用：冷却切割晶圆表面以及切割缝，确保切割的品质，同时冷却刀片、延长刀片寿命，可以帮助把切割产生的碎屑冲掉。影响：1、水温不稳:A.波浪形切

B.影响机台精度2、水流量小，冷却不够，碎屑冲得太少，刀片磨损快。2常见异常及影响因素影响因素冷却水系统（RO水、DI水、CO2、活化剂）。主轴转速的影响划片工艺主轴转速是指划片机空气主轴（spindle）每分钟的转速。过慢的主轴转速导致划片刀切割能力不足，切割时划片刀容易变钝，切割温度过高产生划片刀过载现象。2常见异常及影响因素影响因素主轴转速的影响划片工艺相同切割条件下，主轴转速越高被切产品正面崩边尺寸越小，背面崩边尺寸越大。相同切割条件下，主轴转速越高，刀片蛇形切割的发生概率越高。2常见异常及影响因素影响因素主轴转速：44500主轴转速：56000进刀速度的影响较快的进给速度切割时，磨损的金刚砂颗粒可能没有及时脱落更新，造成划片刀过载现象。但较慢的进给速度不是总能保证好的切割品质，太慢的进给速度会产生更高的热量，造成切割温度过高。划片工艺2常见异常及影响因素影响因素进刀速度：管脚间距0.3~0.35mm，进刀速度为45mm/s；管脚间距0.4~0.45mm，进刀速度为55mm/s；管脚间距0.5mm，进刀速度为60mm/s。蓝膜的影响划片工艺2常见异常及影响因素影响因素

金刚石颗粒尺寸的影响划片工艺2常见异常及影响因素影响因素大颗粒刀口大、移除的碎屑多、产品不容易硅粉堆积沉淀；与结合剂的接触面大、可承受阻力大、加工效率高、不易磨耗；与产品接触范围大、产生的碎屑及崩缺大、切割品质差。小颗粒与产品接触范围小、产生的碎屑及崩缺小甚至无崩缺；刀口小、移除的碎屑少、产品易硅粉沉积；与结合剂的接触面小、可承受阻力小、加工效率低、易磨耗。

刀片长度和厚度的影响划片工艺2常见异常及影响因素影响因素刀片长使用寿命长；刀片强度弱、进给速度慢、易断刀；震动大、易发生偏摆、切割蛇形。刀片短使用寿命短；刀片强度强、进给速度快、不易断刀；震动小、不易发生偏摆、品质好。刀片厚刀片震动小、产品品质有保障；刀片强度强、不易断刀；切割接触面积大、阻力大、产生的碎屑多、进给速度慢、易污染。刀片薄切割接触面积小、阻力小、进给速度快；刀片震动小、产品品质有保障；刀片强度弱、易断刀。金刚石集中度的影响划片工艺2常见异常及影响因素影响因素高集中度刀口多、移除的碎屑多、产品不易硅粉残留；钻石颗粒负载小、切割阻力小、进度速度快、效率高；三是产品刀口小、产生的碎屑小、易冲洗、品质有保障；四是结合剂少、刀片韧性低、易断刀、划伤产品风险。低集中度结合剂多、刀片韧性高、不易断刀；刀口少、移除的碎屑少、易硅粉残留；钻石颗粒负载大、切割阻力大、进度速度慢、效率低。

粘合剂强度的影响划片工艺2常见异常及影响因素影响因素高强度结合剂韧性强、不易断刀、使用