金剛石劃片刀工藝操作詳解

前言

上一篇文章講到，隨著不同晶圓材料切割要求的提高，生產(chǎn)廠越來越追求刀片與劃片工藝的雙重優(yōu)化。本文將對(duì)照劃片機(jī)參數(shù)界面，對(duì)劃片工藝每個(gè)設(shè)置進(jìn)行說明，幫助行業(yè)新手快速了解劃切工藝操作流程。

晶圓切割類型

半導(dǎo)體是導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體中間的一類物質(zhì)。與導(dǎo)體和絕緣體相比，半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀(jì)30年代，當(dāng)材料的提純技術(shù)改進(jìn)以后，半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。

半導(dǎo)體產(chǎn)品主要四種：集成電路，光電器件，分立器件，傳感器，由于集成電路又占了市場(chǎng)80%以上的份額，因此通常將半導(dǎo)體和集成電路等同。

集成電路主要分為四大類：微處理器，存儲(chǔ)器，邏輯器件，模擬器件，通常統(tǒng)稱為芯片(IC)。

目前市面主流芯片尺寸多是8inch、12inch，也有少量的2inch、4inch、6inch產(chǎn)品。

根據(jù)客戶不同需要，晶圓片通常都會(huì)規(guī)劃有不同規(guī)格大小的DIE，它們之間都留有足夠的切割道，此間隙稱為劃片街區(qū)。將每一顆具有獨(dú)立性能的DIE分離出來的過程叫做劃片或切割。

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展提升，衍生出多種晶圓劃片工藝：

機(jī)械式金剛石刀片切割

這是當(dāng)前主流的劃片技術(shù)，技術(shù)成熟穩(wěn)定，適用于當(dāng)前市面上75%以上的晶圓切割。

水切割

水切割即以200～400MPa高壓水來切割各種材料，分為純水切割與磨料液切割。純水切割主要切割軟材或薄板。

激光切割

主要針對(duì)高密度晶圓排版，崩邊管控非常嚴(yán)格的晶圓切割。主要應(yīng)用于整流橋、可控硅、觸發(fā)管、VNOS等，目前應(yīng)用范圍比較窄。

機(jī)械式金剛石劃片刀工藝

機(jī)械式金剛石刀片是晶圓劃片的主流技術(shù)。金剛石劃片刀以每分鐘30K-50K的高轉(zhuǎn)速切割晶圓，同時(shí)，承載著晶圓的工作臺(tái)以一定的速度沿切割道方向直線運(yùn)動(dòng)，切割晶圓產(chǎn)生的碎屑被冷卻水及刀片的容屑槽帶走。

因?yàn)楣璨牧系拇嘈?，機(jī)械切割方式會(huì)對(duì)晶圓的正面和背面產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，在切割過程中在芯片的邊緣產(chǎn)生正崩及背崩。

正崩和背崩崩角會(huì)降低芯片的機(jī)械強(qiáng)度，初始的芯片邊緣裂隙在后續(xù)的封裝工藝或在產(chǎn)品的使用中會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散，可能引起芯片斷裂，從而導(dǎo)致電性失效。另外，如果崩角進(jìn)入了用于保護(hù)芯片內(nèi)部電路、防止劃片損傷的密封環(huán)內(nèi)部時(shí)，芯片的電器性能和可靠性都會(huì)受到影響。

如何解決機(jī)械式劃片過程中產(chǎn)生的崩邊？除了優(yōu)化劃片刀本身，還有切割過程中的工藝參數(shù)可幫助解決這一問題。

工藝詳解

通過不斷的修改切割參數(shù)及工藝設(shè)定，與劃片刀達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的平衡，有效解決崩邊問題的發(fā)生，以下是切割參數(shù)與工藝設(shè)定的操作詳解。

1、ID命名：D表示是DFN產(chǎn)品；0303表示產(chǎn)品尺寸；050表示管腳間距；010表示管腳個(gè)數(shù)；1表示產(chǎn)品有多少單元；32表示刀片厚度。

2、主軸轉(zhuǎn)速：范圍在10000~30000rp/min之間，常用值23000rp/min。

3、切割模式：SUB_INDEX表示按照設(shè)置的切割模式進(jìn)行切割。

4、刀片高度：全自動(dòng)范圍0.4~0.6mm，常用值0.5mm。

5、進(jìn)刀速度：

管腳間距0.3~0.35mm，進(jìn)刀速度為45mm/s；

管腳間距0.4~0.45mm，進(jìn)刀速度為55mm/s；

管腳間距0.5mm，進(jìn)刀速度為60mm/s。

6、Z軸自動(dòng)下降：切割過程中刀片磨耗，Z1/Z2切割達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度后自動(dòng)下降量。

7、自動(dòng)測(cè)高：在切割中/切割后當(dāng)Z1/Z2切割距離達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)測(cè)高，可選Z1\Z2同時(shí)測(cè)高，可選Z1\Z2同時(shí)或不同時(shí)。（與Z1同時(shí)：表示當(dāng)Z1軸切割米數(shù)達(dá)到設(shè)定的數(shù)值時(shí)，Z1\Z2同時(shí)測(cè)高；不同時(shí)：表示其中任意一軸達(dá)到設(shè)定值時(shí)兩軸同時(shí)測(cè)高。）

8、最小二乘法——最準(zhǔn)參數(shù)：對(duì)準(zhǔn)過程X軸在每個(gè)面的步進(jìn)振幅以及步進(jìn)次數(shù)，參數(shù)中通過對(duì)最小二乘法的設(shè)置來管控切割時(shí)切在中心點(diǎn)上。

9、修整范圍值：對(duì)準(zhǔn)時(shí)的偏差值，任意一點(diǎn)超出范圍設(shè)備報(bào)警，1B范圍值≤0.025，常用值0.022；4B范圍值≤0.025，常用值0.018。

10、1代表CH1面，2代表CH2面，3代表CH1面沖水，4代表CH2面沖水。

11、*中到的√代表兩個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)行雙刀切割；*2: 1表示Z1軸，2表示Z2軸，0表示控制

注意事項(xiàng)：

1、將產(chǎn)品CH1面和CH2面進(jìn)行分割（保證真空度）。

2、去邊，雙刀同時(shí)進(jìn)行，按照正常切割順序進(jìn)行，去完邊后進(jìn)行沖水，保證廢邊被沖走。

3、廢邊切除完畢按順序進(jìn)行剩余產(chǎn)品切割。

4、保證切割整個(gè)過程不能漏切。

5、產(chǎn)品需先切除所有廢邊（防止在切割過程中打刀）。

6、切完廢邊需進(jìn)行沖水操作。

對(duì)準(zhǔn)特殊參數(shù)：

12、X/Y步進(jìn)：各切割向上X/Y方向的對(duì)準(zhǔn)步進(jìn)移動(dòng)量。

θ調(diào)準(zhǔn)時(shí)X軸的振幅：各切割向上自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)動(dòng)作中θ調(diào)準(zhǔn)時(shí)X軸的移動(dòng)振幅。

計(jì)算方式：

Ch1:（Ch1面產(chǎn)品尺寸+切割道寬度）×（Ch1面產(chǎn)品數(shù)量-1）

Ch2:（Ch2面產(chǎn)品尺寸+切割道寬度）×（Ch2面產(chǎn)品數(shù)量-1）

注意事項(xiàng)：

1、當(dāng)產(chǎn)品尺寸很小時(shí)，X/Y步進(jìn)可設(shè)為單顆產(chǎn)品尺寸+切割道寬度mm，避免對(duì)準(zhǔn)時(shí)找不到目標(biāo)，對(duì)準(zhǔn)無(wú)法通過。

2、4B需加廢邊距離（廢邊寬度可用高倍鏡或直接在設(shè)備上測(cè)量）。