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博特激光:晶圓切割機發展歷程原來經歷了這三個階段

發表時間:2021-11-06 16:17:15   瀏覽量:63
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前幾天發了晶圓劃片文章,反響強烈,不少粉絲要求做進一步介紹,今天請專業人士為你整理了晶圓切割機發展歷史沿革,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。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,大規模集成電路時代已向超大規模方向發展,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精細化。迄今為止,在芯片的封裝工序中,劃片工藝的發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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