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激光器的應用與芯片切割工藝的現況

2019/6/6 17:04:46

依據其波長的變化、輸出方式(連續波或者脈波輸出)的不同、不同的輸出功率與能量,不論是、汽車工業、飛機工業、五金加工、塑料加工、醫學、通訊、軍事、甚至于娛樂業都可以找到激光的應用范例, 可謂不勝枚舉、洋洋大觀, 難怪有人稱激光器為萬能工具。 專就激光器切割(L…

依據其波長的變化、輸出方式(連續波或者脈波輸出)的不同、不同的輸出功率與能量,不論是、汽車工業、飛機工業、五金加工、塑料加工、醫學、通訊、軍事、甚至于娛樂業都可以找到激光的應用范例, 可謂不勝枚舉、洋洋大觀, 難怪有人稱激光器為萬能工具。

    專就激光器切割(Laser Cutting or Laser Scribing)而論,其原理系利用高能量集中于極小面積上所產生的熱效應(Thermal Technique), 所以非常適用于切割具有硬(Hard)、脆(Brittle)特性的陶瓷材料, 氧化鋁(Alumina)基板就是一個常見激光器切割成功的應用案例。 然而將激光器使用于8”以下硅芯片的切割案例并不多見, 雖然作者亦曾于1999 Productronica Munchen實地參觀過瑞士Synova公司所開發以亞格激光器為核心的硅芯片切割機。至于學術界對于激光器切割硅材質的研究則至少可以追溯到1969 年L. M. Lumley發表于Ceramic Bulletin的文章”Controlled Separation of Brittle Materials Using a Laser”。

    將激光器切割機使用于硅芯片切割工藝, 除了激光器本身巨大的熱量問題需要克服之外,其實不論就售價、工藝良率、與產能而論, 激光器切割機均未較以鉆石刀具(Diamond Blade)為基礎的芯片切割機(Wafer Saw)優越, 所以8”硅芯片的切割工藝目前仍以芯片切割機為主流, 不過由于電子產品輕薄化的趨勢與硅芯片延伸至300 mm,  使得芯片切割機的地位受到激光器切割機極大的挑戰, 請參考以下說明。

2. 芯片切割的未來

    以鉆石刀具來切割芯片將使得芯片的背面承受拉應力(Tension Stress), 因此, 當厚度變薄時會造成更嚴重的芯片背崩(Back Side Chipping or Cracking), 而Flip Chip的封裝方式更加突顯芯片背崩的品質問題。

    雖然降低切割速度或者采取階段切割(Step Cutting)的方式都可以改善芯片背崩的品質問題, 不過二者皆需付出降低產能的代價。日本DISCO公司研發出所謂DBG(Dicing Before Grinding)的工藝來解決此問題, 不過除了Dicing(切割)與Grinding(背磨)之外, 此DBG工藝尚包括繁復的Tape(上膠帶)與De-tape(去膠帶)程序,所以此構想至今并未廣為業界接受。

    如果切割時刀具能夠不施力于芯片, 無疑的將可避免芯片背崩的產生, 因此非接觸(Non Contact)的切割方式, 如激光器或者蝕刻(Etch), 就特別受到業者的注意與期待。不過以上的兩種替代(Alternative)工藝亦都有其需要克服的問題, 所以目前亦未有量產的相關芯片切割機種出現。

    除了芯片背崩的問題之外, 其實Low-k材質的出現才是目前激光器切割機受到大家矚目的真正原因。許多Low-k材質由于其Porous或者Polymer的特性, 并不宜以鉆石刀具來切割, 然而如以傳統的激光器為之, 亦會因高熱而產生不良的切割品質。 

    最理想的狀況就是希望激光器的能量能夠全部用以去除Low-k材質, 而不會殘留多余的熱量, 換句話說, 激光器僅需負責去除Low-k材質, 而芯片本身則仍以傳統的鉆石刀具來切割, 除非日后芯片厚度薄到無法承受鉆石刀具的撞擊或者激光器光能夠將其輕易的切穿, 否則此種Hybrid(復合)的方式應是比較合理的作法。

    Low-k材質的激光器切割機雖然被許多人看好, 不過它充其量只是許多候選設備中較被看好的一個, 在正式成為主流量產設備前, 它尚有許多問題需要去克服, 例如: 當切割道(Cutting Street)有測試點(Metal Pad)時所造成的剝離品質問題等等, 其實, 我們可由臺灣目前尚無乙臺被半導體業者驗證成功的Low-k材質激光器切割機的這個事實來判斷, 就可以很清楚的了解這場戰役尚未結束, 國內產學研如有不錯的構想, 也不是完全沒有在這場新的競賽里拔得頭籌的機會。


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