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信息时代的今天,电子工业发展迅猛。IC芯片的发展朝着轻巧化、微小化、性能强和功能丰富方向发展。IC电路的封装集成度在逐步增加,高精密的封装技术也在逐步成熟。切割机作为集成电路后封装的关键工序设备,其切割加工能力一定程度上决定了芯片的成品率和芯片的性能。晶圆尺寸的逐步变大,适用于它的加工的设备也必须加大行程,并需求自动化加工,单轴设备的加工效率已经达不到行业的需求。同时,针对多层衬底材料的加工,不同材料使用不同的磨削材料来加工,需要装载不同的刀片,异步加工不同材质。半导体材料的趋势将从200mm逐步扩大到300mm,同时材料的复杂性增加一倍,刻蚀电路的复杂度也提高了一个数量级。现有材料的切割加工迫切的需求300mm双轴晶圆切割机,该设备不仅能提高75%以上的效率,同时能满足分层复合切割加工的需求。然而300mm精密自动晶圆切割的核心技术和关键技术要点,长期被日本、瑞士等半导体技术先进国家的少数公司所占有并垄断,国内半导体前后道加工企业大多依赖进口设备。因此研究具有独立自主知识产权的300mm双轴切割机,对国内半导体产业的发展,具有重要意义。论文的主要研究工作和成果概括如下:(1)针对目前国产切割机不能实现双轴切割300mm晶圆、分层切割、以及单轴切割效率低的问题,本文提出了对向式双轴300mm的晶圆切割机。该设备具有以下特点:切割行程达到300mm,双轴可以同时切割,分层切割等功能。基于有限元理论进行静态分析理论,对桥型结构在外界载荷作用下的应力、应变和固有频率,对相应技术指标做出了相应的优化。重点对精度的控制做了系统的分析,采用线性插值的理论,对Y向精度进行了激光采样补偿,使得双轴在300mm切割范围内精度达到5μm之内。(2)针对目前切割机存在对翘曲材料自动对准不精确和刀痕检测不够准确的问题,本文提出一种图像匹配后基于最小二乘法拟合直线对准方法和采用改进的灰度直方图的刀痕检测方法,实现了双轴切割机的精确对准和刀痕检测,达到了翘曲材料的准确切割和刀痕自动检测评估切割质量的目的。针对切割机在工作中精确对准和准确刀痕检测的需求,对切割机视觉系统进行了方案设计,自动对准过程中,先粗略的快速得到定位标记,然后高倍镜头精确位置定位,控制旋转电机运动以调整芯片theta轴的角度,实现了芯片高精度对准。刀痕检测过程中,先对刀痕图像进行形态学处理,减小水珠等异物对刀痕的评价,在采用图像直方图对刀痕边缘进行检测,得到刀痕边缘细节部分。拟用的方法采用OpenCV在切割机工作过程中实际的验证,取得了比较好的效果。(3)针对QFN材料在切割中容易产生分层、毛刺熔锡等缺陷,以及晶圆的切割中容易产生裂纹、崩边、背崩和掉角等缺陷。采用双轴切割设备切割,提升切割效率75%的同时,能更好的抑制QFN切割过程中产生的分层毛刺和熔锡的问题。采用分层切割方法加工晶圆,能更好的控制崩边、背崩和掉角。通过双轴切割机对单晶硅材料进行切割。一个轴在芯片表面容易正崩的材料采用适用于减小正崩的刀片开槽,另一个轴采用适用于减小背崩的刀片切割透。在研究了刀片、切割速度、主轴转速、切割深度等工艺参数对切割效果的影响。用ANOVA实验方法的分析和对比找出晶硅材料分层切割的工艺参数。通过切割对比实验数据显示:对比单次切割方法,分层切割工艺能够很好切割道边缘的正崩,背崩和刀宽,提高切割质量。