晶圓劃片工藝分析模板

年4月19日晶圓劃片工藝分析模板資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。晶圓劃片工藝分析來(lái)源:中國(guó)IC技術(shù)交易網(wǎng)晶圓劃片工藝已經(jīng)不再只是把一個(gè)硅晶圓劃片成單獨(dú)的芯片這樣簡(jiǎn)單的操作。隨著更多的封裝工藝在晶圓級(jí)完成,而且要進(jìn)行必要的微型化,針對(duì)不同任務(wù)的要求,在分割工藝中需要對(duì)不同的操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

例如,分割QFN封裝需要具有能夠切割柔性和脆性材料組成的復(fù)合基板的能力。MEMS封裝則常常具有微小和精細(xì)的結(jié)構(gòu)&mdashmdash;梁、橋、鉸鏈、轉(zhuǎn)軸、膜和其它敏感形態(tài)&mdashmdash;這些都需要特別的操作技術(shù)和注意事項(xiàng)。

在切割硅晶圓厚度低于100?,或者像GaAs這樣的脆性材料時(shí),又增添了額外的挑戰(zhàn)&mdashmdash;例如碎片、斷裂和殘?jiān)漠a(chǎn)生。像晶圓劃線和切割,這兩種將晶圓分割成單獨(dú)芯片工藝中最常見(jiàn)的技術(shù),一般是分別采用金剛石鋸和金剛石劃線工具完成的。2

激光技術(shù)的更新使激光劃線和激光劃片成為一種可行的選擇,特別在藍(lán)光LED封裝和GaAs基板應(yīng)用中。

圖1.采用標(biāo)準(zhǔn)UV膠帶的分割工藝流程圖。

無(wú)論選擇哪種分割工藝,所有的方法都需要首先將晶圓保護(hù)起來(lái),之后進(jìn)行切割,以保證進(jìn)入芯片粘結(jié)工序之前的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)過(guò)程芯片的完整性。其它的可能方法包括基于膠帶的系統(tǒng)、基于篩網(wǎng)的系統(tǒng)以及采用其它粘結(jié)劑的無(wú)膠帶系統(tǒng)。

工藝

標(biāo)準(zhǔn)的切割工藝中首先是將減薄的晶圓放置好,使其元件面朝下,放在固定于鋼圈的釋放膠帶上。這樣的結(jié)構(gòu)在切割過(guò)程中能夠保證晶圓,而且將芯片和封裝繼續(xù)保持在對(duì)齊的位置,方便向后續(xù)工藝的轉(zhuǎn)運(yùn)。工藝的局限來(lái)自于減薄晶圓的應(yīng)用,在存儲(chǔ)之后很難從膠帶上取下晶圓,采用激光的話容易切到膠帶,同時(shí)在切割過(guò)程中冷卻水的沖擊也會(huì)對(duì)芯片造成損傷。

基于膠帶的分割

圖2.可處理200或300

mm晶圓的UV固化單元能夠放置在桌子上,采用365

nm波長(zhǎng)的激光每個(gè)小時(shí)能夠處理50片晶圓。

采用基于膠帶的系統(tǒng)時(shí),需要重點(diǎn)考慮置放系統(tǒng),以及所采用的條帶類型是不是適合要切割的材料。對(duì)于框架置放系統(tǒng)來(lái)說(shuō)有多種選擇。SEC(Semiconductor

Equipment

Corporation)公司擁有晶圓/薄膜框架條帶的兩個(gè)模型,在受控的溫度和氣壓參數(shù)下使用條帶。ADT(Advanced

Dicing

Technologies)公司966型晶圓置放機(jī)是一款高產(chǎn)率自動(dòng)置放系統(tǒng),可采用藍(lán)膜和UV條帶,放置操作均勻,并具有條帶張力,能夠消除空氣氣泡。該置放系統(tǒng)具有用于切割殘留薄膜的環(huán)形切割刀,以及可編程的溫度調(diào)整裝置。Disco公司為封裝和晶圓分割設(shè)計(jì)了不同的工具,包括切割鋸、切割刀和切割引擎。

條帶選擇

所有的七個(gè)條帶都由三部分組成&mdashmdash;塑料基膜,其上覆有對(duì)壓力敏感的粘膜以及一層釋放膜。在大部分應(yīng)用中使用的條帶分為兩類:藍(lán)膜(價(jià)格最低)和UV。藍(lán)膜是用于標(biāo)準(zhǔn)硅晶圓的切割,有時(shí)在切割像GaAs這樣更脆弱的基板時(shí),也用于連接昂貴的UV條帶。這類基板放置在一片雙面UV條帶上并切割到指定的尺寸,之后將其放置到帶有藍(lán)膜的金屬框架上。

圖3.無(wú)頂針UV條帶的操作流程。(圖片來(lái)源:Adwill/Lintec)

選擇了合適的條帶之后,需要考慮固定釘、粘結(jié)劑和其它機(jī)械性能。目標(biāo)是在切割過(guò)程中粘結(jié)足夠強(qiáng),能夠保持芯片的位置,但也需要足夠弱,能夠在切割后芯片粘結(jié)工藝中方便地將芯片移走而不產(chǎn)生損壞。如果在切割過(guò)程中采用帶有潤(rùn)滑劑的冷卻劑,需要保證其中的添加劑不會(huì)與條帶上的粘結(jié)劑發(fā)生反應(yīng),或者芯片不會(huì)從其位置上滑動(dòng)。大部分條帶的使用時(shí)間限于一年。之后,條帶會(huì)逐漸喪失粘性。

UV條帶提供兩個(gè)層次的粘結(jié):切割工藝中更強(qiáng)的粘結(jié),之后為了易于剝離(圖1)經(jīng)UV輻射固化后較弱的粘結(jié)。ADT的955型固化系統(tǒng)是一款設(shè)計(jì)緊湊,能夠放置在桌上的系統(tǒng),用于切割后對(duì)UV條帶進(jìn)行輻射,這樣能夠方便地將芯片剝離(圖2)。該系統(tǒng)采用集成的燈壽命傳感器以及LED指示器能夠持續(xù)監(jiān)控運(yùn)行性能。該系統(tǒng)與安全標(biāo)準(zhǔn)兼容,采用365nm激光時(shí)每個(gè)小時(shí)能夠處理多達(dá)50片晶圓。盡管UV條帶價(jià)格昂貴,但對(duì)于像GaAs和光學(xué)器件這些敏感基板來(lái)說(shuō)非常合適。

特殊的條帶

多家制造商提供多種額外的特殊條帶能夠滿足一些小規(guī)模市場(chǎng)的特殊要求。Nitto-Denko制造了一種熱釋放型條帶,能夠采用加熱代替UV輻射固化。當(dāng)對(duì)條帶加熱時(shí),它就失去了對(duì)基板粘結(jié)力。Adwill提供了一種無(wú)頂針切割條帶,采用這種條帶在取放機(jī)從條帶上提取芯片時(shí)不需要在條帶下面使用頂針(圖3)。在切割過(guò)程中該條帶能夠保證很強(qiáng)的粘附力,切割之后經(jīng)過(guò)UV輻射和加熱芯片間的距離自動(dòng)擴(kuò)大。這樣就不會(huì)產(chǎn)生由頂針引起的器件破裂。Furokawa

Electric制造了靜電釋放(ESD)條帶,能夠降低玷污,適用于像MEMS和圖像傳感器之類敏感器件的分割。AI

Technology,

Inc.制造了一種切割和芯片粘結(jié)薄膜(dicing

and

die-attach

film,

DDAF),將高溫、防靜電、超低殘留的劃片條帶和導(dǎo)電、高鍵合強(qiáng)度的芯片粘結(jié)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合在一起,這樣保證了從條帶到粘結(jié)劑的低殘留轉(zhuǎn)移(圖4)。

圖4.這種將切割條帶和芯片粘結(jié)薄膜復(fù)合的薄膜具有可控和UV釋放等多種選擇。

采用帶有激光工藝的條帶

根據(jù)ADT的工程主管,Ramon

Albalak博士的觀點(diǎn),晶圓劃片是一個(gè)傳統(tǒng)工業(yè),當(dāng)前大部分切割和劃線工藝都是采用機(jī)械鋸和劃針完成。隨著ADT

的激光劃線系統(tǒng)的上市,Albalak認(rèn)為在晶圓切割和分離市場(chǎng)上,激光方法會(huì)成為一個(gè)新的選擇。

根據(jù)JP

Sercel

Aociate(JA)的商務(wù)主管Doug

Pulfer的觀點(diǎn),如果客戶選擇了JA出產(chǎn)的干法腐蝕激光劃線工藝,那么采用標(biāo)準(zhǔn)的切割條帶將不會(huì)有任何問(wèn)題。劃線時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)劃線的深度在晶圓表面留下最佳的折斷位置。經(jīng)過(guò)平衡劃線深度和折斷的關(guān)系能夠獲得高產(chǎn)率和最佳成品率。較淺的劃線深度能夠在折斷時(shí)獲得100%的成品率,因此在可實(shí)現(xiàn)最大產(chǎn)量的條件下是最佳的劃線深度。

然而,如果采用激光切割晶圓&mdashmdash;把所有結(jié)構(gòu)都切斷,并消除了折斷步驟&mdashmdash;由于激光同樣會(huì)切斷條帶,那么條帶就成為一個(gè)問(wèn)題。但如果將晶圓上幾乎所有的結(jié)構(gòu)都切斷,能夠直接在條帶上完成整個(gè)分割流程,而不需要折斷機(jī)。在V形溝的底部殘留的材料只有幾個(gè)微米厚,在條帶背面僅僅經(jīng)過(guò)手指的滑動(dòng)就能夠完成折斷。

Synova開(kāi)發(fā)了用于切割的噴水引導(dǎo)激光工藝,還推出了LaserTape,能夠在激光切割過(guò)程中保持分割的部件。由于不能吸收激光,在切割工藝中不會(huì)被切斷。而且具有多孔結(jié)構(gòu),能夠使噴出的水流走而不會(huì)產(chǎn)生損壞。在UV固化之后,由于粘結(jié)層已經(jīng)不再粘附到晶圓背面,因此工件能夠方便地剝離。當(dāng)與該公司獨(dú)特的噴水引導(dǎo)技術(shù)聯(lián)合使用,據(jù)說(shuō)會(huì)成為一種可靠的分割方法。噴水引導(dǎo)技術(shù)采用頭發(fā)絲那樣細(xì)的噴水引導(dǎo)激光束,消除了熱損壞和玷污。

基于條帶系統(tǒng)的替代方案

在低產(chǎn)量的切割硅操作,以及進(jìn)入芯片粘結(jié)工藝之前需要轉(zhuǎn)運(yùn)并儲(chǔ)存一段時(shí)間的情況中,基于條帶的系統(tǒng)依然是最佳選擇。然而,如果需要大量地切割更堅(jiān)固的封裝時(shí),例如BGA、QFN或C,一般推薦采用無(wú)條帶,基于的系統(tǒng),在真空中操作,能夠在集成系統(tǒng)中保護(hù)和傳遞晶圓。與基板相匹配,并有一層橡膠將晶圓固定。在每個(gè)芯片或封裝下都有一個(gè)真空孔。當(dāng)晶圓被切割時(shí),芯片或封裝都保持在原位陣列中,直到進(jìn)入下一個(gè)工序&mdashmdash;取放或芯片鍵合。

圖5.采用激光能夠獲得寬度為2.5μm的切口。這樣較小的切口和較淺的劃線深度產(chǎn)生的殘留也較少。

基于條帶切割方法的一個(gè)替代方案是厚晶圓劃線工藝。晶圓在減薄之前先進(jìn)行劃線操作,該操作能夠在真空卡盤而不是條帶上完成,之后減薄到合適的厚度,在預(yù)先劃線的位置便可折斷。無(wú)論采用何種方法,減薄工藝時(shí)都會(huì)造成晶圓的彎曲或翹曲,使得