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先进工艺芯片可靠性过不了 竟是晶圆切割问题 该如何解决

2025-5-7 13:07| 发布者: 闪电| 查看: 7| 评论: 0

摘要: 随着半导体工艺日益复杂,晶圆上组件的尺寸不断缩小,先进工艺不断挑战技术极限的同时,材料技术也蓬勃发展。宽能隙半导体的崛起和先进封装的突破,为半导体产业开辟了新的战场。然而,传统的硅芯片封装物理切割技术 ...

随着半导体工艺日益复杂,晶圆上组件的尺寸不断缩小,先进工艺不断挑战技术极限的同时,材料技术也蓬勃发展。宽能隙半导体的崛起和先进封装的突破,为半导体产业开辟了新的战场。然而,传统的硅芯片封装物理切割技术,如锯片切割,已难以应对这些挑战。尤其在处理硬脆材料(如低介电常数晶圆、SiC、AlN等)时,容易引发晶圆边缘破损(Peeling)和碎裂(Chipping),进而影响产品良率和性能。在许多应用中,即使微小的结构损坏或表面瑕疵,亦可能导致组件失效,这在先进半导体组件中尤为重要。

激光切割技术在晶圆切割的应用已有十多年的历史,近期因新型态应用的兴起再次受到重视。与传统物理切割不同,UV激光切割技术利用高能量激光束进行非接触式切割,通过材料升华实现分割。这不仅能减少晶圆受力,还能在不影响产品特性的前提下,实现对复杂材料的精密加工。随着半导体工艺的持续进步,激光切割技术已成为晶圆切割领域的重要工具。


一、激光切割与传统切割技术的差异

传统的晶圆切割技术主要依赖锯片进行物理接触式切割,透过机械力量来完成材料的分离。然而,这种方法在精度和灵活性上存在一定的限制,特别是在处理未知材料时,刀具选择与参数匹配更具挑战性。相比之下,激光切割技术利用高能量激光束进行非接触式切割,依赖热能升华材料。它能灵活调整光学组件和能量控制,提升对切割过程的掌握度。

传统切割方式因需物理接触,容易在晶圆上引发不必要的机械应力,增加晶圆破裂或边缘损坏的风险。而激光切割则避免了这类机械应力,且透过高频激光技术,能有效降低热应力的影响,减少切割后产品功能异常的机率。

此外,传统切割技术在遇到先进工艺上所采用的新材料也存在挑战。单纯的物理切割,在加工速度上多少会受限于材料本身特性,难以提升切割效率,连带造成切割质量下降。而激光切割技术则在这方面表现突出,不仅加工速度快且稳定,适合大规模量产,同时由于非接触式操作,大幅减少材料损耗,进而提高整体良率。

图一:传统锯片切割对低介电材料产生剥离

图二:激光切割芯片全切穿,表面金属无崩裂

比较项目传统切割激光切割
切割方式使用物理锯片进行接触式切割依赖高频高能激光束进行非接触式切割
精度与灵活性精度有限,处理微小结构和复杂图形困难高精度,适合切割道微缩和复杂组件
机械应力物理接触产生应力,增加破裂风险非接触式,减少机械应力,降低损坏风险
适用材料对脆性材料处理差,易造成边缘碎裂可尝试复杂材料,在切割工艺上的弹性应用表现优异
加工速度速度慢,受材料特性影响效率速度快且稳定,适合高效能量产需求
材料损耗物理接触导致损耗较大非接触式技术,损耗小,提升良率



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