如何实现半导体切割的低损伤化？

一、引言

半导体产业正飞速发展，其中半导体切割（Dicing）是关键工艺之一。本文将深入探讨半导体切割的低损伤化技术及最新动态，分析当前先进封装形式对切割技术的要求。

 

二、封装形式的演变与切割技术的角色

半导体封装形式历经演变，每种封装形式都对切割技术提出了独特需求。

（一）早期封装形式

• DIP（双列直插式封装）：主要用于保护集成电路，便于操作。
• QFP（四边扁平封装）：实现了更多引脚和更高密度的集成。
• BGA（球栅阵列封装）：通过增加基板接触面积，提升了散热性能。

（二）现代封装形式

• QFN（无引脚四方扁平封装）和 DFN（无引脚双列扁平封装）：无引脚设计使封装更薄，同时兼顾小型化和高性能化。
• WLP（晶圆级封装）：在晶圆级别完成封装，可实现芯片薄化和高密度集成，降低制造成本，广泛应用于移动设备。
• FOWLP（扇出型晶圆级封装）：在 WLP 的基础上，扩展了芯片周边的 I/O 端子，实现更高密度和多功能化。

 

三、切割技术的种类与特征

切割技术是半导体制造中不可或缺的环节，以下是几种主要的切割方法及其特点。

（一）刀片切割（Blade Dicing）

• 原理：使用金刚石刀片对晶圆进行物理切割。
• 优点：精度高，成本相对较低，被广泛应用于许多半导体制造商。
• 挑战：刀片磨损和晶圆损伤风险。

（二）激光切割（Laser Dicing）

• 原理：利用激光光束对晶圆进行切割。
• 优点：非接触式加工，对晶圆的物理损伤小，能够实现复杂形状的切割，适合高精度加工需求。
• 应用场景：适用于对切割精度要求极高的场合。

（三）等离子体切割（Plasma Dicing）

• 原理：利用等离子体对晶圆进行蚀刻以完成切割。
• 优点：对超薄晶圆或脆性材料有效，可最大限度减少物理应力，是下一代半导体制造备受关注的技术之一。

 

四、先进设备对切割技术的要求

随着现代先进设备的不断小型化、高性能化，对切割技术提出了更高的要求。

（一）设备薄化

• 随着移动设备和可穿戴设备的普及，设备薄化变得愈发重要。实现薄型设备的关键在于切割过程中尽量减少损伤。

（二）芯片小型化

• 设备小型化要求切割技术能够精确地切割更小尺寸的芯片，需要刀片或激光的精细化控制。

（三）芯片堆叠技术

• 芯片堆叠技术（3D IC）是提升设备性能和实现小型化的重要手段，对堆叠芯片的切割需要高度精细的技术，以避免对每一层造成损伤。

（四）硬脆材料基板

• 现代先进设备越来越多地使用如 SiC（碳化硅）和 GaN（氮化镓）等硬脆材料。相比传统硅材料，这些材料更硬且更脆，对切割技术提出了特殊要求。

 

五、总结

半导体切割技术正不断发展，以适应封装形式的演变和先进设备的高要求。刀片切割、激光切割和等离子体切割等技术各具特色，适用于不同的应用场景。未来，随着半导体产业的持续发展，切割技术将进一步朝着低损伤化和高精度化方向发展。