半導(dǎo)體集成電路封裝流程|劃片工藝詳解

半導(dǎo)體制造起始于對硅的加工，首先是將純度達(dá)到 99.9999%的硅晶柱切割成不同厚度的晶圓，一般來說4in晶圓的厚度為 520um，6in 的為670um，8in 的為 725m，12in的為 775um。在晶圓上按照窗口刻蝕出一個(gè)個(gè)電路芯片，整齊劃一地在晶圓上呈現(xiàn)出小方格陣列，每一個(gè)小方格代表著一個(gè)能實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路芯片。本文__【科準(zhǔn)測控】__小編就來介紹一下半導(dǎo)體集成電路封裝流程的劃片方式、劃片工藝步驟、準(zhǔn)備工作以及晶圓切割、芯片拾取等！

在半導(dǎo)體制造過程中，受到圓形影響，晶圓邊緣一定區(qū)域芯片圖形工藝不完整，大致有三種情況如圖 2-1 所示。考慮邊緣區(qū)域圖形不完整，制作掩模版時(shí)將其去除，每一個(gè)圖形都是工藝、功能完整的晶粒、以便于良率統(tǒng)計(jì)、晶粒分揀、盲封。硅晶柱的尺寸越大，能切割出來的晶圓面積就越大，能產(chǎn)出功能完整的有效芯片晶粒數(shù)量就越多。所以芯片制造工藝越先進(jìn)，晶圓尺寸越大，其中的每一只電路芯片的成本越能攤薄，半導(dǎo)體的生產(chǎn)成本就能下降。

半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向是單個(gè)芯片越來越小，且單個(gè)芯片集成的晶體管數(shù)量越來越多。硅晶圓的發(fā)展趨勢是晶圓尺寸越來越大，硅晶柱隨著工藝的進(jìn)步能生長為1in、2in、4in、6in（約150mm）、8in（約200mm），近年來發(fā)展出12in甚至研發(fā)更大規(guī)格（14in、16in，甚至20in以上）。

in英寸（舊也作時(shí)），lin～2.54cm。

一片晶圓上重復(fù)刻蝕了幾只至幾十萬只電路芯片。晶圓上，電路芯片單元之間通過一定區(qū)域相互隔離開來，稱作芯片晶粒隔離區(qū)域稱作劃片槽，如圖2-2、圖2-3所示。在使用芯片晶粒前需要通過有效的手段將其分割并單獨(dú)取下。這時(shí)，就需要劃片這道工序，將晶圓分割成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的芯片晶粒，再對芯片晶粒進(jìn)行鏡檢、焊接、鍵合、封蓋等工序，從而封裝出能實(shí)現(xiàn)各種功能且不易被環(huán)境損傷的成品集成電路。

晶圓生產(chǎn)線制造好的一整片晶圓，在經(jīng)過了探針臺電測試后，通過切割工藝分割成制作集成電路所需的具有電氣性能的獨(dú)立芯片的過程，稱為晶圓切割或劃片。

圖2-4給出了集成電路制造封裝流程及劃片工序位置。晶圓劃片是電子封裝工藝流程的首道工序，主要通過研磨、灼燒等方式完成分割。期間伴隨著對晶圓的固定、清洗等工藝步驟，以保證芯片不被劃片過程中產(chǎn)生的污物污染，保持晶粒的潔凈度。同時(shí)，還要保證在劃片過程中芯片電路功能的完整性和可靠性。

劃片方式

最早的晶圓切割方法是物理切割，通過劃片刀橫、縱的切割運(yùn)動，將晶圓分割成方形的芯片晶粒?，F(xiàn)在，用金剛石砂輪劃片刀（見圖2-5）進(jìn)行晶圓切割的方法仍然占據(jù)主流地位。機(jī)械劃片的力直接作用在晶圓表面，會使晶體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力損傷，容易造成芯片崩邊及晶圓破損。特別是對厚度在 100um 以下的晶圓劃片時(shí)，極易導(dǎo)致晶圓破碎。機(jī)械劃片速唐一般為810mm/s，劃片速度較慢，且要求劃片槽寬度大于 30um，高可靠電路的劃片槽寬度則應(yīng)更大，甚至達(dá)到 5060um，以確保芯片劃片后的完整性和可靠性。一般芯片的預(yù)留劃片槽寬度與切制用金剛石砂輪劃片刀的推薦值如表 2-1 所示。機(jī)械劃片原理示意如圖 2-6所示。

激光切割屬于無接觸式劃片，不對晶圓產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，對晶圓的損傷較小，可以避免芯片破碎、損壞等問題 (見圖 2-7)。由于激光在聚焦上可達(dá)到亞微米數(shù)量級的特點(diǎn)，對晶圓的微處理更具有優(yōu)勢。同時(shí)激光劃片速度可達(dá) 150mm/s，較機(jī)械劃片速率有很大提高，并可以勝任較薄晶圓的加工任務(wù)，也可以用來切割一些較為復(fù)雜形狀的芯片，如六邊形。但是昂貴的設(shè)備成本是制約激光劃片普及的因素之一。

劃片工藝步驟

劃片工藝開始前，首先要進(jìn)行必要的準(zhǔn)備工作;之后，是將待切割的晶圓片粘貼到藍(lán)膜上，將藍(lán)膜框架放人劃片機(jī)開始劃片過程，并實(shí)時(shí)清除掉劃片產(chǎn)生的硅渣和污物;最后，把分割開的芯片拾取、保存，具體步驟如圖 2-8 所示。

1. 準(zhǔn)備工作

采用乙醇、無塵布擦拭貼膜機(jī)，并用氮?dú)鈽尨祪艄ぷ髋_面及區(qū)域，必要時(shí)，打開去離子風(fēng)扇，吹淋工作區(qū)域，去除靜電干擾。檢查待劃片的晶圓（見圖2-9），核對晶圓數(shù)量、批次信息，確保晶圓完好無破損。

2、貼裝藍(lán)膜

貼裝藍(lán)膜后的晶圓如圖 2-10 所示。

1. 藍(lán)膜

藍(lán)膜用來把晶圓背面固定在金屬膜框上，起到固定晶圓、束縛晶粒的作用，從而使晶圓被切割分開成晶粒后晶粒不會散落。晶圓一般按照尺寸區(qū)分，這里的尺寸指的是晶圓的直徑，常見的有6in、8in、12in?，F(xiàn)在使用的高可靠電路，有一些穩(wěn)定的老品種也使用4in 晶圓。藍(lán)膜也具有相應(yīng)尺寸的不同規(guī)格。

藍(lán)膜的特征參數(shù)是厚度與黏附力。大多數(shù)用于硅晶圓劃片的藍(lán)膜厚度為 80~95um。膜的黏附力必須足夠大，保證劃片過程中能將已分離的每個(gè)晶粒牢牢地固定在膜上。當(dāng)劃片完成后，又能很容易地從膜上取下晶粒。

最常用的是普通藍(lán)膜和紫外 (UV) 膜。普通藍(lán)膜的成本大約是 UV 膜的 1/3。UV 膜的粘接強(qiáng)度是可變的，經(jīng)紫外線照射之后，由于其粘接劑聚合發(fā)生固化，其黏附力減小90%.更易脫膜、揭膜，且無殘留物。UV 膜具有極強(qiáng)的黏附力以固定晶圓，即使小晶粒也不會發(fā)生位移或剝除問題。通過紫外線照射降低黏附力，即使大晶粒也能輕松分揀，應(yīng)力極其微弱，且晶粒背面無殘留物。

(2) 貼膜框

貼膜框又稱為晶圓環(huán)、膜框、金屬框架等，采用金屬材質(zhì)，且具有一定的剛性，不會輕易變形，與貼膜機(jī)配套使用。貼膜框用于繃緊藍(lán)膜，固定晶圓，便于后期的晶圓劃片、晶粒分揀，避免晶圓切割后晶粒間由于藍(lán)膜褶皺相互碰撞擠壓而造成的損傷。

(3)裝配過程

圖2-11 給出了晶圓、藍(lán)膜及貼膜框的裝配圖，圖 2-12給出了晶圓、藍(lán)膜及貼膜框的裝配過程。首先，取出一片晶圓，正面朝下，背面朝上，將其放置在貼膜機(jī)工作盤上，打開真空開關(guān)，吸住晶圓。然后，將貼膜框放置在貼膜機(jī)工作臺上，使其中心與晶圓中心對齊，并將側(cè)邊定位框移動至貼膜框外側(cè)，將其左右限位。最后，拉出足夠長度的藍(lán)膜，拉緊后，貼在貼膜機(jī)后部，覆蓋整個(gè)貼膜框區(qū)域，用滾筒壓過藍(lán)膜，將晶圓、藍(lán)膜及框架裝配到一起。

3、晶圓切割

按照芯片大小將晶圓分割成單一的晶粒，用于隨后的芯片貼裝、引線鍵合等工序。雖然，機(jī)械劃片存在很多可靠性和成本上的問題，如晶圓機(jī)械損傷嚴(yán)重、晶圓劃片線寬較大、劃片速度較慢、需要冷卻水切割、刀具更換維護(hù)成本較高等，但是，機(jī)械切割現(xiàn)在仍然是主要的劃片方式。人們通過調(diào)整劃片工藝參數(shù)、選擇最佳的刀具類型、采用多次劃片等方式，來解決機(jī)械劃片中芯片崩邊、分層、硅渣污染等問題。劃片機(jī)切割晶圓如圖 2-13所示。

4、清洗

晶圓切割過程中主要是清洗劃片時(shí)產(chǎn)生的各種硅碎屑、粉塵，清潔晶粒，并對劃片刀起到降溫冷卻作用。

冷卻介質(zhì)根據(jù)劃切材料的質(zhì)量要求，用去離子水或自來水及其他冷卻介質(zhì)。冷卻流量一般用流量計(jì)調(diào)節(jié)控制流量大小，正常為 0.2~4L/mn。流量大小要根據(jù)刀刃及劃切材料的種類和厚度來調(diào)節(jié)，流量大會沖走劃切中粘接不牢固的芯片，對特別薄的刀刃，流量大有時(shí)也影響刀刃的剛性:流量小又會影響刀刃壽命和劃切質(zhì)量。

5、芯片拾取

用UV 光照射后，UV 膜黏性減退，便于拾取分割好的晶粒，如圖 2-14 所示

表 2-2 給出了劃片工序涉及的主要設(shè)備、部件及耗材和作用。

以上就是關(guān)于半導(dǎo)體集成電路封裝劃片方式、工藝步驟、準(zhǔn)備工作及晶圓切割、芯片拾取的分享了，希望對大家能帶來幫助！如果您對半導(dǎo)體芯片、集成電路、推拉力測試機(jī)有任何不清楚的問題，歡迎給我們私信或留言，科準(zhǔn)測控的技術(shù)團(tuán)隊(duì)都會為大家解答！還想了解更多有關(guān)半導(dǎo)體集成電路的知識，敬請關(guān)注！

審核編輯 黃宇