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· 晶圆划片工艺分析
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晶圆划片工艺已经不再只是把一个硅晶圆划片成单独芯片这么简单操作。伴随更多封装工艺在晶圆级完成,而且要进行必需微型化,针对不一样任务要求,在分割工艺中需要对不一样操作参数进行调整。 　　比如,分割QFN封装需要含有能够切割柔性和脆性材料组成复合基板能力。MEMS封装则常常含有微小和精细结构&mdashmdash;梁、桥、铰链、转轴、膜和其它敏感形态&mdashmdash;这些全部需要尤其操作技术和注意事项。 　　在切割硅晶圆厚度低于100?,或像GaAs这么脆性材料时,又增添了额外挑战&mdashmdash;比如碎片、断裂和残渣产生。像晶圆划线和切割,这两种将晶圆分割成单独芯片工艺中最常见技术,通常是分别采取金刚石锯和金刚石划线工具完成。2 激光技术更新使激光划线和激光划片成为一个可行选择,尤其在蓝光LED封装和GaAs基板应用中。 
　　图1.采取标准UV胶带分割工艺步骤图。 　　不管选择哪种分割工艺,全部方法全部需要首先将晶圆保护起来,以后进行切割,以确保进入芯片粘结工序之前转运和存放过程芯片完整性。其它可能方法包含基于胶带系统、基于筛网系统和采取其它粘结剂无胶带系统。 　　工艺 　　标准切割工艺中首先是将减薄晶圆放置好,使其元件面朝下,放在固定于钢圈释放胶带上。这么结构在切割过程中能够确保晶圆,而且将芯片和封装继续保持在对齐位置,方便向后续工艺转运。工艺局限来自于减薄晶圆应用,在存放以后极难从胶带上取下晶圆,采取激光话轻易切到胶带,同时在切割过程中冷却水冲击也会对芯片造成损伤。 　　基于胶带分割 
图2.可处理200或300 mm晶圆UV固化单元能够放置在桌子上,采取365 nm波长激光每个小时能够处理50片晶圆。 　　采取基于胶带系统时,需要关键考虑置放系统,和所采取条带类型是不是适合要切割材料。对于框架置放系统来说有多个选择。SEC(Semiconductor Equipment Corporation)企业拥有晶圆/薄膜框架条带两个模型,在受控温度和气压参数下使用条带。ADT(Advanced Dicing Technologies)企业966型晶圆置放机是一款高产率自动置放系统,可采取蓝膜和UV条带,放置操作均匀,并含有条带张力,能够消除空气气泡。该置放系统含有用于切割残留薄膜环形切割刀,和可编程温度调整装置。Disco企业为封装和晶圆分割设计了不一样工具,包含切割锯、切割刀和切割引擎。 　　条带选择 　　全部七个条带全部由三部分组成&mdashmdash;塑料基膜,其上覆有对压力敏感粘膜和一层释放膜。在大部分应用中使用条带分为两类：蓝膜(价格最低)和UV。蓝膜是用于标准硅晶圆切割,有时在切割像GaAs这么更脆弱基板时,也用于连接昂贵UV条带。这类基板放置在一片双面UV条带上并切割到指定尺寸,以后将其放置到带有蓝膜金属框架上。 
图3.无顶针UV条带操作步骤。(图片起源：Adwill/Lintec) 　　选择了适宜条带以后,需要考虑固定钉、粘结剂和其它机械性能。目标是在切割过程中粘结足够强,能够保持芯片位置,但也需要足够弱,能够在切割后芯片粘结工艺中方便地将芯片移走而不产生损坏。假如在切割过程中采取带有润滑剂冷却剂,需要确保其中添加剂不会和条带上粘结剂发生反应,或芯片不会从其位置上滑动。大部分条带使用时间限于十二个月。以后,条带会逐步丧失粘性。 　　UV条带提供两个层次粘结：切割工艺中更强粘结,以后为了易于剥离(图1)经UV辐射固化后较弱粘结。ADT955型固化系统是一款设计紧凑,能够放置在桌上系统,用于切割后对UV条带进行辐射,这么能够方便地将芯片剥离(图2)。该系统采取集成灯寿命传感器和LED指示器能够连续监控运行性能。该系统和安全标准兼容,采取365nm激光时每个小时能够处理多达50片晶圆。尽管UV条带价格昂贵,但对于像GaAs和光学器件这些敏感基板来说很适宜。 　　特殊条带 　　多家制造商提供多个额外特殊条带能够满足部分小规模市场特殊要求。Nitto-Denko制造了一个热释放型条带,能够采取加热替换UV辐射固化。当对条带加热时,它就失去了对基板粘结力。Adwill提供了一个无顶针切割条带,采取这种条带在取放机从条带上提取芯片时不需要在条带下面使用顶针(图3)。在切割过程中该条带能够确保很强粘附力,切割以后经过UV辐射和加热芯片间距离自动扩大。这么就不会产生由顶针引发器件破裂。Furokawa Electric制造了静电释放(ESD)条带,能够降低玷污,适适用于像MEMS和图像传感器之类敏感器件分割。AI Technology, Inc.制造了一个切割和芯片粘结薄膜(dicing and die-attach film, DDAF),将高温、防静电、超低残留划片条带和导电、高键合强度芯片粘结环氧树脂结合在一起,这么确保了从条带到粘结剂低残留转移(图4)。 
图4.这种将切割条带和芯片粘结薄膜复合薄膜含有可控和UV释放等多个选择。 　　采取带有激光工艺条带 　　依据ADT工程主管,Ramon Albalak博士见解,晶圆划片是一个传统工业,现在大部分切割和划线工艺全部是采取机械锯和划针完成。伴随ADT 激光划线系统上市,Albalak认为在晶圆切割和分离市场上,激光方法会成为一个新选择。 　　依据JP Sercel Aociate(JA)商务主管Doug Pulfer见解,假如用户选择了JA出产干法腐蚀激光划线工艺,那么采取标准切割条带将不会有任何问题。划线时会经过划线深度在晶圆表面留下最好折断位置。经过平衡划线深度和折断关系能够取得高产率和最好成品率。较浅划线深度能够在折断时取得100%成品率,所以在可实现最大产量条件下是最好划线深度。 　　然而,假如采取激光切割晶圆&mdashmdash;把全部结构全部切断,并消除了折断步骤&mdashmdash;因为激光一样会切断条带,那么条带就成为一个问题。但假如将晶圆上几乎全部结构全部切断,能够直接在条带上完成整个分割步骤,而不需要折断机。在V形沟底部残留材料只有多个微米厚,在条带后面仅仅经过手指滑动就能够完成折断。 　　Synova开发了用于切割喷水引导激光工艺,还推出了LaserTape,能够在激光切割过程中保持分割部件。因为不能吸收激光,在切割工艺中不会被切断。而且含有多孔结构,能够使喷出水流走而不会产生损坏。在UV固化以后,因为粘结层已经不再粘附到晶圆后面,所以工件能够方便地剥离。当和该企业独特喷水引导技术联合使用,听说会成为一个可靠分割方法。喷水引导技术采取头发丝那样细喷水引导激光束,消除了热损坏和玷污。 　　基于条带系统替换方案 　　在低产量切割硅操作,和进入芯片粘结工艺之前需要转运并储存一段时间情况中,基于条带系统仍然是最好选择。然而,假如需要大量地切割更坚固封装时,比如BGA、QFN或C,通常推荐采取无条带,基于系统,在真空中操作,能够在集成系统中保护和传输晶圆。和基板相匹配,并有一层橡胶将晶圆固定。在每个芯片或封装下全部有一个真空孔。当晶圆被切割时,芯片或封装全部保持在原位阵列中,直到进入下一个工序&mdashmdash;取放或芯片键合。 
图5.采取激光能够取得宽度为2.5μm切口。这么较小切口和较浅划线深度产生残留也较少。 　　基于条带切割方法一个替换方案是厚晶圆划线工艺。晶圆在减薄之前优异行划线操作,该操作能够在真空卡盘而不是条带上完成,以后减薄到适宜厚度,在预先划线位置便可折断。不管采取何种方法,减薄工艺时全部会造成晶圆弯曲或翘曲,使得后续正确划线或分割操作变得相当困难。假如晶圆在划线以后减薄,减薄过程中出现弯曲或翘曲全部不会是严重问题。 　　另一个无条带切割方法包含采取其它意义上粘结剂。比如,敏感基板需要涂覆蜡粘结剂并放置到玻璃上。切割锯切过基板并进入玻璃,而玻璃抓牢切割芯片并减小其移动。这种置放系统通常见在研发和低产量情况,或使用基板很昂贵,而且芯片很小。