声表面波器件工艺原理-6划片工艺原理

六，声表器件划片工艺原理：（一）目的、要求、方式：1，目的：把前工序加工的晶片用划片机切割成单个管芯，再用分片机或手工将芯片分开。

2，要求：芯片边沿整齐，无多角、崩边、裂纹；表面无划伤、无残留晶渣及赃物污染。

3，方式：主要有：机械切割和激光切割。

机械切割又分砂轮切割和金刚刀划片两种。

对三种划片方式各项指标比较：各项指标金刚刀划片砂轮划片激光划片划线深度< 10µm 2-500µm 50-170µm划线宽度10-30µm 20-60µm 2-30µm划线速度20-60mm/s 1-300mm/s 200mm/s划线方向单向双向双向划片定向需定向无要求需定向（二） 简介各种划片方式：1，砂轮划片：砂轮划片效率高、质量好（合格率>97%），便于和自动贴片机配合。

砂轮划片机的精度一般很高，转动轴在160mm行程范围内误差<5µm，刀高控制精度达到0.1µm，90°旋转误差<15″。

目前主要的划片机制造商有日本DISCO，东京精密及英国流星公司。

1）基本原理：它是采用很薄的、刃口敷有金刚石颗粒的砂轮刀片，通过高速旋转（20000-30000r/min），将晶片切削出一道道深槽或切透，再经分片把晶片分离成单个芯片。

2）方法：a）将砂轮刀片由法兰盘紧固在高速电机主轴，主轴采用空气轴承以减小摩擦和噪音，并增加其稳定性。

砂轮在Y方向移动，以调节划片间距；承片台则以划片速度沿X方向运动。

b）修整砂轮刀片：初次安装刀片时，由于其本身存在毛刺和公差、及刀片与法兰盘装配出现的误差等，必须对装机后的刀片进行修整。

修整使用专用的薄油石板，修整前要测量油石板厚度，开机后设定零高度；刀片的切割深度为其厚度的10倍再加10µm。

砂轮刀片的修整直接关系到划片质量，如刀缝宽度、芯片边沿缺口程度及刀片使用寿命等。

c）放晶片于承片台，用真空泵吸紧固定。

设定零高度，根据经验，输入各项数据（承片台X向行程、切割速度、切割深度、划片间距、砂轮转速等），即可划片；并同时通高压纯水冷却、润滑和清除碎屑。

* 先粘膜后划片：当划片后需将晶片送分片机分片时，划片前应先将晶片贴在带有金属环的胶膜上，然后放晶片于承片台。

此时划片应将晶片划透，对粘着的胶膜切割深度应为膜厚的1/4-1/3。

* 不粘膜：当划片后采用手工分片时，则划片前无须贴着胶膜，此时划片深度应为晶片厚度的1/3-1/2，划痕太深，不宜下工序操作；太浅，不易分片或分片时造成芯片边沿不齐。

* 先划片后粘膜：当划片时不方便粘膜时，可先划片后粘膜：划片时不划透圆片，然后贴膜，加热使膜软化并赶出片与膜中间的空气，用胶辊或有机玻璃棒滚压圆片背面，使芯片相互分离，再把它们放在分片机上，将胶膜向四周均匀拉伸，芯片随之分开。

3）其它相关问题：a）切割模式：有单向和双向切割，单向切割芯片边沿整齐；双向切割即砂轮回程也切割，故效率高。

切割深度：与砂轮厚度有关，一般控制在标称刀厚的10倍以内。

切割速度：提高划片速度，要求具有高转速、高刚度、大功率和抗振性好、精度高的工艺系统，同时要求砂轮强度高、紧固好，系统冷却好。

b）对划切道宽度及边沿崩边大小的主要影响因素是：主轴转速、划切速度、划切深度、刀片冷却量及冷却方式。

主轴转速高，划切速度慢，划切道宽度大，崩边小；划切速度快，划切道宽度小，崩边大；划切深度小，冷却水流量适中，则划切宽度小、崩边小。

此外，刀架端面精度直接影响划片质量。

c）砂轮刀片：砂轮特性包括：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织和强度等。

砂轮材质为合金，根据特性、直径、厚度、孔径等，有各种不同规格及适应范围，对划片的影响也是多方面的（如加工精度、表面粗糙度、崩片、生产效率等）。

微电子用砂轮刀片，刀刃上镶嵌的金刚石颗粒直径常为0.1-8µm。

标号不同，直径范围不同。

一般情况，金刚石粒径越小，切割质量越好；粒径越大，使用寿命越长。

我们可根据晶片性质及加工要求，选择适用的砂轮。

由于砂轮结合剂的影响，砂轮存放期不能太长，通常陶瓷结合剂的砂轮存放期为两年，树脂结合剂的砂轮存放期为一年。

d）崩片：是划片常见现象，表现在晶片正面是边沿毛刺，表现在晶片反面为背崩现象，若背崩延伸到晶片正面即发生裂片。

主要原因是刀片的自锐性与晶片材料及划片工艺不相适宜，使被磨损的金刚砂颗粒不能及时更新，刃口变钝，切割温度过高所致。

可结合晶片的厚度、硬度及切割要求，选用具有适当强度的结合剂（如陶瓷）、金刚砂密度、较细金刚砂粒度的砂轮，并加强水冷，予以解决。

e）由于切割时高压水冲击、静电及切割晶渣都会对芯片造成损伤，所以人们采用许多措施来减少这种伤害，如：在晶片表面构建临时保护层（之后用化学方法去除）；改造水流喷嘴为雾化喷嘴，既减少水流冲击损伤，又提高清洗效果；在纯水中添加二氧化碳，减少静电伤害；增加即时磨刀程序，定期修整刀片等。

2，金刚刀划片：该法简单易行，但划片合格率低（90%左右），自动化程度不高。

1）原理与方法：压电晶体是脆性材料，当用高硬度的金刚石刀将晶片划出一道道刀痕，并在刀痕处施加外力时，晶片将沿刀痕裂开成条；由于晶体在不同方向上因密度不同而强度各异，并易沿弱的方向裂开，当我们再在条状晶片确定部位分别施力时，晶片即可分裂为一个个芯片。

划片前，将晶片放置载片台，用真空泵吸牢，调好金刚刀架刀角度，设定划片范围、划片速度、划片压力、晶片尺寸等参数，确定好划线位置，即可划片。

划片时，载片台沿X向移动，以确定划线间距；金刚刀则以划片速度沿Y向运动。

2）与划片质量有关的因素：a）刀痕：金刚刀不能将晶片切透，只能靠施加一定压力用刀在其表面划出刀痕（刀痕既细又好裂为最佳）。

刀痕深度为5-10µm，与分片质量有关（划线太浅，即使压力够大，也不易分片），截面为三角形，宽度为20-30µm，主要与晶片材质、刀点形状及架刀角度等有关。

我们可根据刀痕的深浅、宽窄及崩边情况及时调整压力、角度和更换刀具。

b）划片刀的安装：刃口与划片方向平行，使用不同类型的金刚刀应使用不同的架刀角度，角度的设定直接影响划线质量及金刚刀寿命；一般情况，四点刀角度为45°-50°，三点刀角度为68°-71°；角度太小，划线浅；角度太大，芯片损伤重。

我们现用的是单刃刀正面为尖刃，侧面为圆弧，刀点磨损后可通过调整刀口与晶片夹角改善划片质量。

c）压力：力负荷一般为10-100g，与晶片材质、厚度及切深量有关；材质越硬、晶片越厚、切深量越大，所需压力越大。

压力太小，划痕浅，不易分片，芯片易产生缺角多角；压力太大，芯片边沿损伤重、易破碎。

另外划片时还要根据刀痕情况逐渐增加压力；但从划痕质量和刀的寿命考虑，易采用轻负荷。

d）划线速度：划线速度也关系到划线质量及金刚刀寿命，速度太快易碎片，太慢，效率低。

一般划线速度范围为10-60mm/s，可根据晶片材质及刀口状况等具体情况设定。

e）晶片质量对划片的影响：* 不同的晶片都有与其相适应的划片压力，对同晶、同厚的晶片施加不同压力，即使相同的划片深度，分片合格率也不同。

* 晶体内部缺陷严重和均匀性差的晶片，其表面的硬度、脆性和应力的分布都不相同，即使在等厚的情况下，划片的深度和压力也很难掌握；一般情况，适当加大压力、深度，可避免分片时偏离划痕裂开。

* 片内厚度不均，会影响分片合格率。

f）划片所产生晶渣对芯片表面的损伤：当划片时，因刀口没对准、刀口磨损、压力不当等，会造成表面划痕崩边，产生晶渣；同时会造成划痕背面惊伤，在分片时产生晶渣。

它们都会对芯片表面产生伤害。

3，激光划片：激光划片是随激光技术的发展而出现的一种新技术。

与砂轮划片、金刚刀划片相比，它效率高、合格率高（99%）、自动化程度高、晶片利用率高，所划出的芯片机械强度高，无崩边、无微裂、断面整洁。

激光划片机理：是用一定能量密度和波长的激光束聚焦在晶片表面，瞬间在近表面区域积累大量热量，使材料近表面物质温度迅速升高至沸点并蒸发，从而实现切割目的。

激光划片机大都采用二极管泵浦固态激光器，目前国外采用的激光器典型功率为5W，波长355nm，脉冲能量典型值1.1mj，频率50KHz。

激光划片机的机械传动机构与金刚刀划片机构相似，不同点是将金刚刀换成激光器。

其工艺过程也与金刚刀划片类似，即先用激光在晶片表面灼烧出划痕，然后将晶片沿划痕裂开。

激光划痕深度一般为15-20µm，它取决于激光功率大小及划线速度；宽度为5µm左右，与激光束聚焦程度有关。

关于激光划片原理还有如下解释：目前虽有许多不同功能的激光切割机，实际上能应用到半导体划片的只有不可见激光切割技术。

它是运用多光子吸收的光学损伤现象——当聚焦在材料内部的激光强度迅速增强，材料即被加工，从而在材料内部形成一个改质层，使材料由结构紧凑、结合紧密的不易分断的整体改变成结构松散、易于分断的脆弱整体。

然后利用贴片膜扩张时的张力使每个芯片分开。

这种激光划片只在片子内部形成改质层，在表面和内部都无熔融材料，用眼睛几乎看不到刀痕（可用红外显微镜观察），既无热损伤，又无表面污染；且可实现很高的划片速度，片子越薄，效率越高。

编者：杜文玺duwenxiabc@。