晶圓切割是封裝過程中十分關鍵的一步，因為在此過程中容易產生大的機械損傷導致嚴重的可靠性問題，甚至是芯片的損壞。晶圓的切割方式有多種，最傳統的切割方式為刀片切割，這也是至今使用最廣泛的一種方式。現在切入正題，給大家介紹一下金剛石劃片刀的切割原理及其影響因素。

　　01

　　金剛石劃片刀切割原理

　　晶圓金剛石劃片切割時采用金剛石顆粒與粘結劑組成的刀片，金剛石顆粒作為切割時的磨粒被金屬鎳固定在刀體上，刀片按一定的速度的旋轉和進給，采用水為切削液，切割時金剛石顆粒凸起并與粘結劑形成一種稱作“容屑槽”的結構，對切割道材料進行鏟挖進而分割開來，金剛石劃片刀的切割原理如下圖1-1所示。

　　在切割過程中，金剛石顆粒不斷地磨損暴露出新的顆粒，使刀片保持鋒利狀態，能夠正常將切割碎屑清理出。在切割時產生的碎屑會粘附在刀片上，因此在切割過程中要設法防止切割碎屑的粘附并且對切割碎屑做適當的處理，保證刀片在切割過程中始終正常工作。

　　金剛石顆粒的尺寸，濃度以及粘結劑的軟硬程度都對刀片的切割能力和適用范圍有明顯影響。

　　金剛石顆粒越大，刀片的切割能力越強，而且刀片中金剛石顆粒磨損較慢，刀片的使用壽命較長，但是顆粒越大，切割過程中對切割面的沖擊力較大，容易引入較大的機械應力，造成嚴重的裂紋和崩邊等缺陷。較小的金剛石磨粒能夠減小切割時對切割面的沖擊力，降低產生較大的切割缺陷的風險，但是金剛石若是不能及時脫落更新，則容易發生裹刀現象，導致刀片切割能力急劇下降，出現嚴重的缺陷。

　　刀體中金剛石顆粒的濃度也會顯著影響切割芯片的質量，當金剛石顆粒濃度較大時，金剛石顆粒能夠在工作過程中隨著粘結劑的磨損及時地脫落更新，這樣能夠延長刀片使用壽命。此外粘結劑越軟，金剛石脫落越容易進行如圖 1-2 所示，反之則越難，因此，在切割時粘結劑較硬的刀體切割時，一旦對切割面造成較嚴重的損傷。

　　然而粘結劑較軟的刀體則在切割時沖擊力較小，損傷較小，如圖 1-3 所示。所以，金剛石顆粒尺寸與濃度的選擇要與粘結劑類型相結合，綜合考慮選擇適合的刀片類型。

　　02

　　影響切割質量的因素及切割缺陷

　　金剛石劃片刀切割晶圓有多重因素會對切割質量造成影響，包括材料，切割儀器，工作環境，切割方法以及其他人為因素等，如圖 1-4 所示。從材料角度，晶圓的硅基底和電路層材料會導致晶圓在切割時有不同的力學表現，選用不同材質的刀片也會對切割方式有不同的要求，因而會呈現出不同的切割質量。

　　切割機臺的選擇也會影響切割質量，不同機臺的切割動力會存在差別，切割過程中冷卻水的壓力和流速也是影響切割質量的一個因素，水流速度過慢會造成冷卻效果不足，且由于硅材料導熱性能差，切割摩擦產生的熱量難以及時導出而積累，可能造成金剛石磨粒破碎，導致刀片切割能力下降，切割精度降低;此外還會導致切割碎屑不能及時移除而影響刀片的切割能力;

　　切割方法主要涉及切割步驟中切割。深度，刀片旋轉速度以及進給速度的設置，設置適宜的參數對獲得良好切割質量十分關鍵;

　　另外還有一些人為因素比如機臺操作技巧等也會影響晶圓切割質量。

　　晶圓金剛石劃片切割容易造成的缺陷類型主要有裂紋、崩邊和剝離等，這些缺陷也是晶圓切割中最主要的問題，尤其是微裂紋，這些缺陷會造成芯片的直接損壞或者影響芯片后續封裝和使用過程中的可靠性。

　　微裂紋

　　切割導致的微裂紋不易被發現，但會在芯片中引入應力，成為潛在的芯片脆弱區，影響封裝后的可靠性。選擇適合的金剛石磨粒尺寸和軟硬程度合理的刀體，盡量避免在切割過程中機械應力和熱應力的積累，降低裂紋發生的風險。

　　崩邊

　　崩邊是在切割過程中芯片受到強烈的刀體沖擊而出現金屬層連同硅基底塊狀脫落的現象，這是金剛石劃片刀切割中最常見的缺陷，如果崩邊過大，損傷到芯片的功能區域，會直接造成芯片失效，金剛石磨粒過大容易造成崩邊，平整無崩邊的切割道是最理想的切割狀態。

　　層狀剝離

　　切割過程中沖擊造成金屬層的剝離，而硅基底并不受到損傷，這種切割缺陷稱為層狀剝離，這是一種常見的缺陷，通常不會造成芯片功能損壞，但如果剝離面積較大，擴展到功能區內，則是十分危險的。