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激光器的應用與芯片切割工藝的現況
2019-06-06

依據其波長(cháng)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(chē)工業(yè)、飛機工業(yè)、五金加工、塑料加工、醫學(xué)、通訊、軍事、甚至于娛樂(lè )業(yè)都可以找到激光的應用范例, 可謂不勝枚舉、洋洋大觀(guān), 難怪有人稱(chēng)激光器為萬(wàn)能工具。

專(zhuān)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(chǎn)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(gè)常見(jiàn)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(jiàn), 雖然作者亦曾于1999 Productronica Munchen實(shí)地參觀(guān)過(guò)瑞士Synova公司所開(kāi)發(fā)以亞格激光器為核心的硅芯片切割機。至于學(xué)術(shù)界對于激光器切割硅材質(zhì)的研究則至少可以追溯到1969 年L. M. Lumley發(fā)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(wèn)題需要克服之外,其實(shí)不論就售價(jià)、工藝良率、與產(chǎn)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(yōu)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(guò)由于電子產(chǎn)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(shuō)明。

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(wèn)題需要克服之外,其實(shí)不論就售價(jià)、工藝良率、與產(chǎn)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(yōu)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(guò)由于電子產(chǎn)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(shuō)明。

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(wèn)題需要克服之外,其實(shí)不論就售價(jià)、工藝良率、與產(chǎn)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(yōu)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(guò)由于電子產(chǎn)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(shuō)明。

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(zhì)問(wèn)題, 不過(guò)二者皆需付出降低產(chǎn)能的代價(jià)。日本DISCO公司研發(fā)出所謂DBG(Dicing Before Grinding)的工藝來(lái)解決此問(wèn)題, 不過(guò)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(yè)界接受。

如果切割時(shí)刀具能夠不施力于芯片, 無(wú)疑的將可避免芯片背崩的產(chǎn)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(yè)者的注意與期待。不過(guò)以上的兩種替代(Alternative)工藝亦都有其需要克服的問(wèn)題, 所以目前亦未有量產(chǎn)的相關(guān)芯片切割機種出現。

除了芯片背崩的問(wèn)題之外, 其實(shí)Low-k材質(zhì)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(zhì)由于其Porous或者Polymer的特性, 并不宜以鉆石刀具來(lái)切割, 然而如以傳統的激光器為之, 亦會(huì )因高熱而產(chǎn)生不良的切割品質(zhì)。

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(zhì), 而不會(huì )殘留多余的熱量, 換句話(huà)說(shuō), 激光器僅需負責去除Low-k材質(zhì), 而芯片本身則仍以傳統的鉆石刀具來(lái)切割, 除非日后芯片厚度薄到無(wú)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(zhì)的激光器切割機雖然被許多人看好, 不過(guò)它充其量只是許多候選設備中較被看好的一個(gè), 在正式成為主流量產(chǎn)設備前, 它尚有許多問(wèn)題需要去克服, 例如: 當切割道(Cutting Street)有測試點(diǎn)(Metal Pad)時(shí)所造成的剝離品質(zhì)問(wèn)題等等, 其實(shí), 我們可由臺灣目前尚無(wú)乙臺被半導體業(yè)者驗證成功的Low-k材質(zhì)激光器切割機的這個(gè)事實(shí)來(lái)判斷, 就可以很清楚的了解這場(chǎng)戰役尚未結束, 國內產(chǎn)學(xué)研如有不錯的構想, 也不是完全沒(méi)有在這場(chǎng)新的競賽里拔得頭籌的機會(huì )。

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