晶圓切割是封裝過程中十分關(guān)鍵的一步，因?yàn)樵诖诉^程中容易產(chǎn)生大的機(jī)械損傷導(dǎo)致嚴(yán)重的可靠性問題，甚至是芯片的損壞。晶圓的切割方式有多種，最傳統(tǒng)的切割方式為刀片切割，這也是至今使用最廣泛的一種方式?，F(xiàn)在切入正題，給大家介紹一下金剛石劃片刀的切割原理及其影響因素。

　　01

　　金剛石劃片刀切割原理

　　晶圓金剛石劃片切割時(shí)采用金剛石顆粒與粘結(jié)劑組成的刀片，金剛石顆粒作為切割時(shí)的磨粒被金屬鎳固定在刀體上，刀片按一定的速度的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給，采用水為切削液，切割時(shí)金剛石顆粒凸起并與粘結(jié)劑形成一種稱作“容屑槽”的結(jié)構(gòu)，對(duì)切割道材料進(jìn)行鏟挖進(jìn)而分割開來，金剛石劃片刀的切割原理如下圖1-1所示。

　　在切割過程中，金剛石顆粒不斷地磨損暴露出新的顆粒，使刀片保持鋒利狀態(tài)，能夠正常將切割碎屑清理出。在切割時(shí)產(chǎn)生的碎屑會(huì)粘附在刀片上，因此在切割過程中要設(shè)法防止切割碎屑的粘附并且對(duì)切割碎屑做適當(dāng)?shù)奶幚恚ＷC刀片在切割過程中始終正常工作。

　　金剛石顆粒的尺寸，濃度以及粘結(jié)劑的軟硬程度都對(duì)刀片的切割能力和適用范圍有明顯影響。

　　金剛石顆粒越大，刀片的切割能力越強(qiáng)，而且刀片中金剛石顆粒磨損較慢，刀片的使用壽命較長，但是顆粒越大，切割過程中對(duì)切割面的沖擊力較大，容易引入較大的機(jī)械應(yīng)力，造成嚴(yán)重的裂紋和崩邊等缺陷。較小的金剛石磨粒能夠減小切割時(shí)對(duì)切割面的沖擊力，降低產(chǎn)生較大的切割缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，但是金剛石若是不能及時(shí)脫落更新，則容易發(fā)生裹刀現(xiàn)象，導(dǎo)致刀片切割能力急劇下降，出現(xiàn)嚴(yán)重的缺陷。

　　刀體中金剛石顆粒的濃度也會(huì)顯著影響切割芯片的質(zhì)量，當(dāng)金剛石顆粒濃度較大時(shí)，金剛石顆粒能夠在工作過程中隨著粘結(jié)劑的磨損及時(shí)地脫落更新，這樣能夠延長刀片使用壽命。此外粘結(jié)劑越軟，金剛石脫落越容易進(jìn)行如圖 1-2 所示，反之則越難，因此，在切割時(shí)粘結(jié)劑較硬的刀體切割時(shí)，一旦對(duì)切割面造成較嚴(yán)重的損傷。

　　然而粘結(jié)劑較軟的刀體則在切割時(shí)沖擊力較小，損傷較小，如圖 1-3 所示。所以，金剛石顆粒尺寸與濃度的選擇要與粘結(jié)劑類型相結(jié)合，綜合考慮選擇適合的刀片類型。

　　02

　　影響切割質(zhì)量的因素及切割缺陷

　　金剛石劃片刀切割晶圓有多重因素會(huì)對(duì)切割質(zhì)量造成影響，包括材料，切割儀器，工作環(huán)境，切割方法以及其他人為因素等，如圖 1-4 所示。從材料角度，晶圓的硅基底和電路層材料會(huì)導(dǎo)致晶圓在切割時(shí)有不同的力學(xué)表現(xiàn)，選用不同材質(zhì)的刀片也會(huì)對(duì)切割方式有不同的要求，因而會(huì)呈現(xiàn)出不同的切割質(zhì)量。

　　切割機(jī)臺(tái)的選擇也會(huì)影響切割質(zhì)量，不同機(jī)臺(tái)的切割動(dòng)力會(huì)存在差別，切割過程中冷卻水的壓力和流速也是影響切割質(zhì)量的一個(gè)因素，水流速度過慢會(huì)造成冷卻效果不足，且由于硅材料導(dǎo)熱性能差，切割摩擦產(chǎn)生的熱量難以及時(shí)導(dǎo)出而積累，可能造成金剛石磨粒破碎，導(dǎo)致刀片切割能力下降，切割精度降低;此外還會(huì)導(dǎo)致切割碎屑不能及時(shí)移除而影響刀片的切割能力;

　　切割方法主要涉及切割步驟中切割。深度，刀片旋轉(zhuǎn)速度以及進(jìn)給速度的設(shè)置，設(shè)置適宜的參數(shù)對(duì)獲得良好切割質(zhì)量十分關(guān)鍵;

　　另外還有一些人為因素比如機(jī)臺(tái)操作技巧等也會(huì)影響晶圓切割質(zhì)量。

　　晶圓金剛石劃片切割容易造成的缺陷類型主要有裂紋、崩邊和剝離等，這些缺陷也是晶圓切割中最主要的問題，尤其是微裂紋，這些缺陷會(huì)造成芯片的直接損壞或者影響芯片后續(xù)封裝和使用過程中的可靠性。

　　微裂紋

　　切割導(dǎo)致的微裂紋不易被發(fā)現(xiàn)，但會(huì)在芯片中引入應(yīng)力，成為潛在的芯片脆弱區(qū)，影響封裝后的可靠性。選擇適合的金剛石磨粒尺寸和軟硬程度合理的刀體，盡量避免在切割過程中機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的積累，降低裂紋發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

　　崩邊

　　崩邊是在切割過程中芯片受到強(qiáng)烈的刀體沖擊而出現(xiàn)金屬層連同硅基底塊狀脫落的現(xiàn)象，這是金剛石劃片刀切割中最常見的缺陷，如果崩邊過大，損傷到芯片的功能區(qū)域，會(huì)直接造成芯片失效，金剛石磨粒過大容易造成崩邊，平整無崩邊的切割道是最理想的切割狀態(tài)。

　　層狀剝離

　　切割過程中沖擊造成金屬層的剝離，而硅基底并不受到損傷，這種切割缺陷稱為層狀剝離，這是一種常見的缺陷，通常不會(huì)造成芯片功能損壞，但如果剝離面積較大，擴(kuò)展到功能區(qū)內(nèi)，則是十分危險(xiǎn)的。