劃片工藝 - IC卡失效樣品的實例分析

1.2　劃片工藝

減薄后的硅片被送進劃片機進行劃片，劃片槽的斷面往往比較粗糙，通常存在少量微裂紋和凹坑;有些地方甚至存在劃片未劃到底的情況，取片時就要靠頂針的頂力作用使芯片“被迫”分離，斷口呈不規(guī)則狀，如圖4 為多個樣品的疊加圖。實驗表明，劃片引起芯片邊緣的損傷同樣會嚴重影響芯片的碎裂強度。例如:斷口存在微裂紋或凹槽的芯片，在后續(xù)的引線鍵合工藝的瞬時沖擊下或者包封后熱處理過程中由于熱膨脹系數(shù)(CTE)的不匹配產生的應力使微裂紋擴展而發(fā)生碎裂。

為減少劃片工藝對芯片的損傷，目前已有新的劃片技術相繼問世:先劃片后減薄 (dicingbeforegrinding，DBG)法和減薄劃片法(dicingbythinning，DBT)5，即在硅片背面減薄之前，先用磨削或腐蝕方式在正面切割出切口，實現(xiàn)減薄后芯片的自動分離。這兩種方法可以很好地避免/減少因減薄引起的硅片翹曲以及劃片引起的芯片邊緣損傷。此外，采用非機械接觸加工的激光劃片技術也可避免機械劃片所產生的微裂痕、碎片等現(xiàn)象，大大地提高成品率。

1.3　模塊工藝

模塊工藝包括裝片、包封等工序)的裝片過程中，裝片機頂針從貼片膜上頂起芯片，由真空吸頭吸起芯片，將其粘結到芯片卡的引線框上。若裝片機工藝參數(shù)調整不當，亦會造成芯片背面損傷，嚴重影響芯片強度:如頂針頂力不均或過大，導致頂針刺穿藍膜而直接作用于芯片，在芯片背面留有圓型損傷坑;或頂針在芯片背面有一定量的平等滑移過程，留下較大面積的劃痕，此現(xiàn)象在碎裂芯片中占了相當比例。

Fig頂針作用可等效為Vicker壓痕器4壓載過程，將對芯片表面造成局部損傷?，F(xiàn)將頂針對芯片背面的觸碰過程(暫不考慮頂針的滑移)簡化為球對稱平面垂直加載的理想情況，則兩者接觸圓半徑a隨垂直載荷P的變化為 a=34PR(1-v2)/E+(1-v′2)/E′1/3=αP1/3，式中R是頂針端部半徑，E，v和E′，v′分別為芯片、頂針端部的楊氏模量和泊松比。在接觸圓的邊緣，芯片的張應力分量達到極大值σm=12(1-2v)P0，其中P0=P/πα2是端部所受的垂直應力，σm為作用在徑向方向并且與材料表面平等的應力。由于頂針尖端半徑較小，取硅材料v=0。28，在1N頂力作用下，得到芯片張力分量極大值與接觸半徑的對應關系如圖5。可見，初始情況下，接觸半徑很小，芯片張力分量初始值可達到GPa量級，與前面計算結果比較可知，頂針過程是芯片碎裂的一個主要誘因。

在特定接觸半徑下，芯片表面接觸圓外的張應力與離接觸中心的徑向距離間滿足σr=σm(a/r)2，隨離接觸中心的徑向距離r的增大σr下降。因此，在離頂針作用點一定范圍內，芯片表面仍存在張應力表面層，為裂紋產生及擴展提供了非常有利的條件。

此外，伴隨壓痕作用，芯片常發(fā)生破片現(xiàn)象，即在壓痕的周圍有部分材料呈碎屑狀。頂針作用時，在壓痕表面下的形變帶會有橫向裂紋的產生，壓痕作用消失后，橫向裂紋會發(fā)生增殖直至樣品表面，導致破片的產生。一般情況下，壓力越大，破片現(xiàn)象越嚴重。

當頂針作用在芯片背面的滑移過程時，頂針端部受到垂直載荷成比例的摩擦阻力作用，使得接觸圓的張應力隨之增高。同時頂針滑過芯片，會在其背面留下條帶狀劃痕，有可能產生細微碎屑，楔入硅襯底材料形成微裂紋，極大地影響了芯片的強度。

對開封后的IC卡芯片背面進行OM觀察，發(fā)現(xiàn)約大部分碎裂芯片的裂紋處或其附近都存在頂針劃痕，多為直線帶有彎鉤的形狀，且裂紋在劃痕處均有不同程度的彎折。劃痕尺寸較大，一般長數(shù)十μm，寬大于10μm，且有一定深度，約為幾μm(圖6為20個樣品劃痕形狀、大小統(tǒng)計數(shù)據所得示意圖)。