依據(jù)其波長的變化、輸出方式(連續(xù)波或者脈波輸出)的不同、不同的輸出功率與能量,不論是電子工業(yè)、汽車工業(yè)、飛機(jī)工業(yè)、五金加工、塑料加工、醫(yī)學(xué)、通訊、軍事、甚至于娛樂業(yè)都可以找到激光的應(yīng)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(chǎn)生的熱效應(yīng)(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)常見激光器切割成功的應(yīng)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(shí)地參觀過瑞士Synova公司所開發(fā)以亞格激光器為核心的硅芯片切割機(jī)。至于學(xué)術(shù)界對(duì)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(jī)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(shí)不論就售價(jià)、工藝良率、與產(chǎn)能而論, 激光器切割機(jī)均未較以鉆石刀具(Diamond Blade)為基礎(chǔ)的芯片切割機(jī)(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(jī)為主流, 不過由于電子產(chǎn)品輕薄化的趨勢(shì)與硅芯片延伸至300 mm, 使得芯片切割機(jī)的地位受到激光器切割機(jī)極大的挑戰(zhàn), 請(qǐng)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(yīng)力(Tension Stress), 因此, 當(dāng)厚度變薄時(shí)會(huì)造成更嚴(yán)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(zhì)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(zhì)問題, 不過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(fù)的Tape(上膠帶)與De-tape(去膠帶)程序,所以此構(gòu)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(chǎn)的相關(guān)芯片切割機(jī)種出現(xiàn)。

除了芯片背崩的問題之外, 其實(shí)Low-k材質(zhì)的出現(xiàn)才是目前激光器切割機(jī)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切割, 然而如以傳統(tǒng)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, 換句話說, 激光器僅需負(fù)責(zé)去除Low-k材質(zhì), 而芯片本身則仍以傳統(tǒng)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?qū)⑵漭p易的切穿, 否則此種Hybrid(復(fù)合)的方式應(yīng)是比較合理的作法。

Low-k材質(zhì)的激光器切割機(jī)雖然被許多人看好, 不過它充其量只是許多候選設(shè)備中較被看好的一個(gè), 在正式成為主流量產(chǎn)設(shè)備前, 它尚有許多問題需要去克服, 例如: 當(dāng)切割道(Cutting Street)有測(cè)試點(diǎn)(Metal Pad)時(shí)所造成的剝離品質(zhì)問題等等, 其實(shí), 我們可由臺(tái)灣目前尚無乙臺(tái)被半導(dǎo)體業(yè)者驗(yàn)證成功的Low-k材質(zhì)激光器切割機(jī)的這個(gè)事實(shí)來判斷, 就可以很清楚的了解這場(chǎng)戰(zhàn)役尚未結(jié)束, 國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研如有不錯(cuò)的構(gòu)想, 也不是完全沒有在這場(chǎng)新的競(jìng)賽里拔得頭籌的機(jī)會(huì)。