文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：小陳婆婆

本文主要講述什么是晶圓切割與框架內(nèi)貼片。

在半導(dǎo)體制造的精密工藝鏈條中，芯片切割作為晶圓級(jí)封裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其技術(shù)演進(jìn)與設(shè)備精度直接關(guān)系到芯片良率與性能表現(xiàn)；框架內(nèi)貼片作為連接芯片與封裝體的核心環(huán)節(jié)，其技術(shù)實(shí)施直接影響器件的電性能、熱管理及可靠性表現(xiàn)。

晶圓切割

在半導(dǎo)體制造的精密工藝鏈條中，芯片切割作為晶圓級(jí)封裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其技術(shù)演進(jìn)與設(shè)備精度直接關(guān)系到芯片良率與性能表現(xiàn)。

當(dāng)前主流切割設(shè)備以金剛石鋸切與激光切割兩大技術(shù)路徑為核心，前者憑借含人造金剛石顆粒的超薄圓形刀片實(shí)現(xiàn)物理切割，切割道寬度約100微米，即劃線區(qū)域，其切割精度可達(dá)頭發(fā)絲直徑的1/10——以人類頭發(fā)約50-70微米直徑計(jì)，此精度相當(dāng)于將單根發(fā)絲垂直分割為10等份，確保芯片分離時(shí)邊緣整齊無崩邊。

圖 背面研磨

為達(dá)成此精度，晶圓需預(yù)先進(jìn)行背面研磨工藝：直徑300毫米的原始晶圓厚度從0.775毫米減薄至0.3毫米甚至更薄，此舉不僅降低封裝高度、減少硅襯底電阻，更便于后續(xù)切割分離。研磨過程中，晶圓表面覆蓋保護(hù)膠帶并通過真空吸附固定于吸盤臺(tái)，背面采用人造金剛石磨輪進(jìn)行精密研磨，確保厚度均勻性。

進(jìn)入切割階段，研磨后的晶圓需貼附于特殊紫外線（UV）膠帶上——此類膠帶經(jīng)紫外線照射后黏合強(qiáng)度顯著降低，便于后續(xù)芯片分離。

圖 切割工藝

晶圓整體固定于框架后，切割機(jī)沿垂直與水平排列的芯片間劃線進(jìn)行精準(zhǔn)切割。除傳統(tǒng)金剛石鋸切外，激光切割機(jī)作為替代方案，通過高能量激光束實(shí)現(xiàn)非接觸式切割，有效避免刀片磨損帶來的精度波動(dòng)，同時(shí)適用于超薄晶圓及易碎材料切割，成為近年來技術(shù)突破的重要方向。例如，皮秒激光切割技術(shù)通過超短脈沖實(shí)現(xiàn)冷加工，減少熱影響區(qū)，提升切割邊緣質(zhì)量，已逐步應(yīng)用于先進(jìn)制程芯片的制造。

切割完成后，需通過特殊夾具拉伸紫外線膠帶，利用膠帶彈性形變使切割后的芯片間形成間隙，實(shí)現(xiàn)物理分離。此時(shí)照射紫外線觸發(fā)膠帶光化學(xué)反應(yīng)，降低黏合強(qiáng)度，便于芯片從膠帶上剝離，此過程既保護(hù)芯片免受機(jī)械損傷，又提升取片效率。最終階段需借助顯微鏡進(jìn)行外觀檢測(cè)，篩選出存在缺邊、劃痕等缺陷的芯片，同時(shí)剔除晶圓檢驗(yàn)階段已標(biāo)記的不合格芯片，確保進(jìn)入下一道工序的芯片均滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)前行業(yè)技術(shù)發(fā)展正聚焦于切割精度提升與自動(dòng)化集成。例如，采用人工智能視覺系統(tǒng)的切割設(shè)備可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)切割路徑，動(dòng)態(tài)調(diào)整切割參數(shù)，將劃線偏差控制在亞微米級(jí)；而5G與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，推動(dòng)切割設(shè)備向智能化、遠(yuǎn)程運(yùn)維方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析，進(jìn)一步提升良率控制能力。

此外，新型復(fù)合膠帶材料的研發(fā)，如具備自修復(fù)功能的UV膠帶，正逐步解決傳統(tǒng)膠帶在剝離過程中可能產(chǎn)生的芯片粘連問題，為超精密切割提供更可靠的工藝保障。這些技術(shù)進(jìn)步共同推動(dòng)著芯片切割工藝向更高精度、更高效率、更低缺陷率的方向持續(xù)演進(jìn)。

貼裝工藝

當(dāng)前主流貼裝工藝以樹脂貼裝、共晶貼裝及金片貼裝三大技術(shù)路徑為核心，均需在嚴(yán)格環(huán)境控制下實(shí)現(xiàn)芯片與引線框架的精準(zhǔn)固定。

以模具封裝為例，貼片機(jī)通過真空吸盤從紫外線膠帶上逐個(gè)拾取合格芯片，將其精確放置于引線框架中心已灌封的銀漿之上——該銀漿需經(jīng)250℃高溫固化，通過導(dǎo)電銀漿的粘接實(shí)現(xiàn)芯片與框架的電氣與機(jī)械連接，此即樹脂貼裝工藝。此類工藝廣泛應(yīng)用于消費(fèi)級(jí)芯片封裝，其優(yōu)勢(shì)在于工藝成熟、成本可控，且可通過自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精度貼裝。

圖 樹脂貼裝法

對(duì)于高可靠性需求場(chǎng)景，如陶瓷封裝芯片，共晶貼裝工藝則成為首選。

圖 共晶貼裝和金片貼裝

該工藝需將引線框架中心升溫至約400℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下將芯片直接壓合于鍍金框架表面，利用金-硅共晶反應(yīng)形成低電阻、低熱阻的界面連接，有效降低芯片與封裝體間的熱應(yīng)力，提升器件在高溫、高濕等惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性。而金片貼裝工藝則通過插入金片并施加摩擦，促使芯片背面與框架形成金-硅共晶鍵合，同樣需在氮?dú)猸h(huán)境中完成以避免金屬氧化，該工藝尤其適用于對(duì)熱阻要求嚴(yán)苛的高功率芯片封裝。

當(dāng)前行業(yè)技術(shù)發(fā)展正聚焦于貼裝精度提升與工藝智能化。全自動(dòng)貼片機(jī)已普遍集成攝像頭視覺系統(tǒng)與機(jī)器人搬運(yùn)模塊，通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)芯片拾取、定位、貼裝的全程自動(dòng)化，減少人為干預(yù)帶來的誤差。

此外，新型導(dǎo)電膠材料的研發(fā)，如具有自修復(fù)功能的銀漿或低溫固化導(dǎo)電膠，正逐步解決傳統(tǒng)銀漿在固化過程中可能產(chǎn)生的應(yīng)力裂紋問題，提升貼裝可靠性；而激光加熱技術(shù)的應(yīng)用，則通過局部快速升溫實(shí)現(xiàn)銀漿的精準(zhǔn)固化，減少熱影響區(qū)，提升芯片與框架的連接質(zhì)量。這些技術(shù)進(jìn)步共同推動(dòng)著框架內(nèi)貼片工藝向更高精度、更高效率、更低缺陷率的方向持續(xù)演進(jìn)，為半導(dǎo)體器件的性能提升與成本優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)支撐。