博捷芯精密劃片機(jī)行業(yè)介紹及工藝比較

一、博捷芯精密劃片機(jī)行業(yè)介紹

劃片機(jī)是使用刀片或通過激光等方式高精度切割被加工物的裝置，是半導(dǎo)體后道封測中晶圓切割和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。從19世紀(jì)60年代采用劃線加工法依賴于人工操作的金剛刀劃片機(jī)，到1968年英國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、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。

半導(dǎo)體晶圓劃片機(jī)是將含有很多芯片的wafer晶圓分割成晶片顆粒，切割的質(zhì)量與效率直接影響芯片的質(zhì)量和生產(chǎn)成本。半導(dǎo)體晶圓劃片機(jī)主要包括砂輪劃片機(jī)和激光劃片機(jī)，砂輪劃片機(jī)是綜合了水氣電、空氣靜壓高速主軸、精密機(jī)械傳動、傳感器及自動化控制等技術(shù)的精密數(shù)控設(shè)備，其特點(diǎn)為切割成本低、效率高，適用較厚晶圓的切割。激光劃片機(jī)是利用高能激光束照射工件表面，使被照射區(qū)域局部熔化、氣化，從而達(dá)到劃片目的，其特點(diǎn)為切割精度高、切割速度快，適用于較薄晶圓的切割。

二、劃片工藝

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。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。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，存在高溫?fù)p壞晶片的問題，需要刀片進(jìn)行二次切割。此外，激光頭價格昂貴，使用壽命短。目前，刀片切割占市場份額的80%，激光切割僅占20%。刀片切割預(yù)計將長期保持主流模式。

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。在切割過程中，金剛石顆粒膨脹并與粘合劑形成稱為“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。切割過程中產(chǎn)生的碎屑會粘附在刀片上，因此在切割過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程中的正常運(yùn)行。

對于金剛石切割，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。但是，顆粒越大，切削過程對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?？梢詼p少切割過程中對切割表面的影響，并減少出現(xiàn)較大切割缺陷的風(fēng)險。但是，如果金剛石不能及時脫落和更新，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，金剛石顆粒會隨著粘結(jié)劑的磨損及時脫落和更新，有利于延長刀片的使用壽命。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)行切割會對切割表面造成嚴(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，應(yīng)控制劃片刀的移動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)，以減少劃片過程中的碎片現(xiàn)象。切割過程中殘留的硅渣會損壞切割工具和切屑，導(dǎo)致成品率損失。切割過程中，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，承載晶片的工作臺沿刀片與晶片接觸點(diǎn)的切線方向以一定速度直線移動，切割晶片產(chǎn)生的硅片被分離器水沖走。為了在劃片過程中達(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，用于第一次切割的刀片相對較寬，用于第二次切割的刀片相對較窄。

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。從材料的角度來看，硅片的硅襯底和電路層材料在硅片切割過程中會導(dǎo)致不同的機(jī)械性能。不同材料的刀片的選擇會對切割方法有不同的要求，因此會表現(xiàn)出不同的切割質(zhì)量。從切割儀器的角度來看，由于不同機(jī)器的切割功率不同，切割臺的選擇也會影響切割質(zhì)量。從工作環(huán)境來看，冷卻水的壓力和流量是影響切削質(zhì)量的因素。水流速度過慢會導(dǎo)致冷卻效果不足，切割摩擦產(chǎn)生的熱量難以及時排出和積累，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，并因切割碎屑無法及時清除而影響刀片的切割能力。從切割方式來看，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，也會影響晶圓切割質(zhì)量。

5、切割缺陷

晶圓切割容易產(chǎn)生的缺陷類型主要有裂紋、崩邊和剝落。這些缺陷可能對芯片造成直接損壞，也可能影響芯片的后續(xù)封裝和后續(xù)使用可靠性。例如，切割產(chǎn)生的微裂紋會將應(yīng)力引入芯片，成為潛在的芯片脆弱區(qū)域，影響封裝后的可靠性。在切割過程中，芯片受到強(qiáng)力刀體的沖擊，金屬層和硅基片脫落。如果邊緣塌陷過大，損壞芯片的功能區(qū)域，將直接導(dǎo)致芯片失效。切割過程中的沖擊導(dǎo)致的金屬層分層，雖然硅基板沒有損壞，但通常不會導(dǎo)致芯片的功能損壞，但如果剝離面積較大并延伸到功能區(qū)，也非常危險。

3、 市場結(jié)構(gòu)

1、行業(yè)企業(yè)簡介

國內(nèi)劃片設(shè)備公司目前主要有深圳博捷芯半導(dǎo)體等等企業(yè)。高精度氣浮主軸是劃片機(jī)的核心部件，是國內(nèi)廠家真正實現(xiàn)劃片機(jī)自主可控技術(shù)的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)劃片機(jī)廠家的氣浮主軸主要是進(jìn)口采購。

2、市場份額

2021全球封裝設(shè)備市場將達(dá)到約70億美元，占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的6.8%。2021，晶圓切割機(jī)的全球市場份額約為20億美元。根據(jù)半導(dǎo)體封裝設(shè)備細(xì)分市場的市場份額，貼片機(jī)、劃片機(jī)和引線機(jī)在封裝設(shè)備市場的市場份額分別為30%、28%和23%。結(jié)合2021全球包裝設(shè)備總市場，三大包裝設(shè)備的相應(yīng)市場空間分別約為21億美元、19.6億美元和16.1億美元。中國密封和測試的生產(chǎn)能力約占世界的25%。2021，中國半導(dǎo)體切割機(jī)市場約為4.9億美元，約32-36億元

3、工藝比較

2020年，由博捷芯半導(dǎo)體深圳工廠自主研發(fā)團(tuán)隊帶領(lǐng)，業(yè)界最主流、最先進(jìn)的12英寸全自動晶圓切割切割設(shè)備成功國產(chǎn)化，受到國內(nèi)外頂尖客戶的高度認(rèn)可。截至2021年初，該公司已從國內(nèi)多家公司獲得DEMO訂單。截至2021年底，博捷芯半導(dǎo)體生產(chǎn)的半導(dǎo)體切割機(jī)已從數(shù)家密封企業(yè)獲得產(chǎn)品訂單。

目前，博捷芯半導(dǎo)體中國的市場份額逐漸增加。作為國內(nèi)劃片機(jī)行業(yè)四大企業(yè)之一，未來，隨著國內(nèi)生產(chǎn)能力的不斷提高、人才的不斷積累和技術(shù)的不斷吸收，將依靠國內(nèi)成本優(yōu)勢，占領(lǐng)更多的國內(nèi)外市場。不可否認(rèn)，國內(nèi)企業(yè)市場份額的提高有賴于海外企業(yè)的收購，但國內(nèi)替代的局面已經(jīng)打開。

隨著國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展和產(chǎn)品需求的不斷上升，國內(nèi)芯片制造能力的不斷擴(kuò)大以及封裝和測試能力的不斷提高，也帶來了對劃片機(jī)的更多需求。最后，劃片機(jī)具有巨大的全球和國內(nèi)市場容量、快速增長和巨大的市場潛力。這些將有助于逐步實現(xiàn)國內(nèi)替代，在劃片機(jī)領(lǐng)域也有良好的投資機(jī)會。