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博特激光:晶圓切割機發(fā)展歷程原來經歷了這三個階段

發(fā)表時間:2021-11-06 16:17:15   瀏覽量:3837
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前幾天發(fā)了晶圓劃片文章,反響強烈,不少粉絲要求做進一步介紹,今天請專業(yè)人士為你整理了晶圓切割機發(fā)展歷史沿革,供你參考,用得著的可以點贊評論分享給需要的人。切割機發(fā)展歷程


晶圓切割機



原來切割機經歷了這三個階段
精密切割機主要用于硅片、陶瓷、玻璃、砷化鎵等材料的加工,也被廣泛應用于集成電路 (IC)、半導體等行業(yè)。切割機作為半導體芯片后道工序的加工設備之一,用于晶圓的劃片、分割或開槽等微細加工,其切割的質量與效率直接影響到芯片的質量和生產成本。

縱觀過去的半個世紀,大規(guī)模集成電路時代已向超大規(guī)模方向發(fā)展,集成度越來越高,劃切槽也越來越窄,其對劃片的工藝要求越發(fā)精細化。迄今為止,在芯片的封裝工序中,劃片工藝的發(fā)展歷史大致可分為以下三個階段。




第一階段:金剛刀切割機
19世紀60年代是硅晶體管的發(fā)展初期,當時主要應用的劃片裝置是金剛石切割機,采用的是劃線加工法,類似于劃玻璃的原理。在晶片的切割街區(qū)劃出寬2-5μm,深0.15-1.5μm的切線,再從劃過線的晶片背面,用圓柱狀的碎片工具邊壓邊搓的分裂方法,將晶片分裂成單個芯片。這種方法非常依賴于人工操作,換句話說,操作人員的經驗成分占比很大,加壓分裂的依賴性就更大。因此,加工成品率很低。
第二階段:砂輪切割機
六十年代中期進入集成電路時代,晶圓開始向2英寸、3英寸等大直徑化發(fā)展。同時,晶圓厚度也從100微米加厚到200-300μm。就器件的劃線街寬而言,晶體管發(fā)展到了60-100μm,IC為100-150μm,但是當時的砂輪刀片的厚度為150-200μm。在這種情況下,采用原來的工藝方法并不適用。
此時,日本研制出世界第一臺極薄金剛石砂輪切割機,預示著切割機進入了薄金剛砂輪切割機時代。這種砂輪切割機有效避免了晶圓的裂開性和切槽崩邊現象。其原理是通過電沉積法研制而成,即將金剛石粉附著在電鍍的金屬膜上,因沙粒與砂粒間的間隙被金屬填滿,增大了砂粒間的粘結力和砂輪的整體韌性,不會產生像樹脂和金屬粘結劑制成的砂輪上那樣的氣孔,達到了切割晶圓的使用目的。
激光切割機在當時也被認為是接近半導體劃片工序的理想設備。其是采用激光束的光熔化硅單晶而進行切割,與金屬熔斷的加工工藝相似。因此,在切割晶體時燒出的硅粉會四處飛濺,氣化狀的硅微粒子附著在芯片表面造成污染,芯片也就不能用了。這也是激光切割機的致命缺點。
第三階段:自動化切割機
對于金剛刀切割機和砂輪切割機來說,主要目的是提高劃片的成品率。但是,隨著半導體的需求和產量逐漸增大,對效率的要求越來越高。此時,就有了自動化切割機的需求。自動化切割機主要分為半自動和全自動兩種類型。
半自動畫片機主要是指被加工物的安裝及卸載作業(yè)均采用手動方式進行,只有加工工序實施自動化操作的裝置。而全自動畫片機可全部實現全自動化操作。
自從進入大規(guī)模集成電路時代之后,器件的設計原則開始追求微細化,即在提高元件工作速度的同時,減小芯片的面積。這時晶圓的線寬已經發(fā)展到5μm、3μm,甚至達到1μm左右。由于芯片表面圖形復雜,若在劃片時產生磨屑附著在刀片上,在以后的工序中,不僅會造成電氣短路,封裝好后,芯片工作發(fā)熱也會使得硅屑向四周擴散,致使保護膜和鋁線變質。因此,劃片自動化需要充分考慮劃片過程中所包含的各種不良因素,比如機床校準、自動畫片、故障診斷、各部件功能、性能和可靠性等。
目前,國際市場上的自動化切割機已有效解決上述問題,且半自動畫片機已實現切割速度為800mm/s,定位精度≤5μm ;全自動切割速度最高達1000mm/s,定位精度≤2μm。

我國真正開始研制砂輪切割機是從70年代末開始的,一直到1982年研制出了第一臺國產化的砂輪切割機。經過三十多年的努力與追趕,國內自主研發(fā)的金剛砂輪切割機性能已基本與國際市場持平。例如,深圳博特的單軸、雙軸精密切割機,不僅切割精度均≤2μm,且實現6、8、12英寸一機兼容。




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