CN103887238A - 一种完成bga封装之后的晶圆的切割分粒方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种完成BGA封装之后的图像晶圆的切割分粒方法，包括步骤：首先将晶圆级封装工艺之后的晶圆玻璃面贴附在UV胶带上，采用激光将球栅阵列面的有机材料保护层、硅层、晶圆内部结构层、有机材料围堰层等沿切割道切开后只剩下玻璃层，接着用激光切割玻璃层，最后用扩片设备进行扩片处理，使每个芯片被分粒，完成整个激光切割过程。此加工方法切开芯片上的有机材料保护层，LowK介电材料，硅结构层，有机材料围堰层等材料时，过程中无外界应力作用，不会产生崩边，微损失，分层等切割问题，能有效保证芯片的切割分粒品质，对芯片的切割品质提升有很大的帮助。

Description

一种完成BGA封装之后的晶圆的切割分粒方法
技术领域
本发明涉及半导体封装工艺，特别涉及一种完成BGA封装之后的晶圆采用激光切割的切割分粒方法。
背景技术
芯片经过晶圆级封装工艺之后产品本身类似于三明治结构，有硬度高的硅结构层、介电材料层和玻璃层，也有质地偏软的有机薄膜层和防焊层。这种特殊的结构层对于传统的机械式高速旋转刀片切割工艺带来很多的切割问题：
（1）随着集成电路制造技术的不断前进，Low K介电材料在芯片的运用越来越广，传统的刀片切割工艺因为加工时的机械力和晶圆芯片材料本身的应力所带来的崩边、裂痕、微损失、分层等问题日益凸显，严重的影响了整个产品封装后的可靠性水平。
（2）因为其复杂的三明治结构层，切割刀片容易破裂及磨损，正常切割约2～4片晶圆片就需要更换切割刀片，刀片成本高。
（3）切割过程需要消耗大量的水来进行降温冷却和润滑，对环境不友好。
（4）切割速度约2-10mm/秒，切割效率低，产能低导致成本高等。
激光切割，是一种新型的非接触式的晶圆切割加工方法，它是将激光能量通过光学聚焦后产生的高密度能量，直接作用于晶圆硅片，晶圆表面的硅等结构层被熔融气化，从而达到切割分粒的目的。激光切割法切割精准，无应力，无崩边，无分层、无微裂，特别适合于Low K材料的加工。而且加工速度快，产能高，维护成本低，是理想的晶圆切割加工工艺。
现有的采用激光切割技术对晶圆切割加工过程中，是采用很高能量的激光来实现一次完成切割，但存在如下缺点：激光是有能量衰减的，高能量衰减快，并且能量波动大，造成的切割品质不稳定，尤其对于此类类似三明治结构的晶圆封装产品，结构中有玻璃层，有机材料层、介电材料层和硅结构层，特别是玻璃层和硅结构层,每一层需要的激光能量不一样，需要使用不同的切割参数。同时更换激光发生晶体的频率越频繁，设备维护成本高。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷与不足，本发明提供完成BGA封装之后的晶圆采用激光切割的切割分粒方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种完成BGA封装之后的晶圆的切割分粒方法，所述BGA封装之后的晶圆的球栅阵列面上有切割道，另一面为玻璃层，包括步骤：
（1）利用激光沿着球栅阵列面上的切割道进行切割，切割深度达玻璃层的内表面，形成一沟槽；
（2）透过步骤（1）形成的沟槽将所述的晶圆的玻璃层再次进行激光切割，打断玻璃层内部的分子链；
（3）将切割好的晶圆进行扩片处理，使每颗芯片完成最后分粒。
优选的，在进行步骤(1)的激光切割之前,先在晶圆的玻璃层外表面贴附UV胶带,完成步骤(2)的再次激光切割后,对UV胶带进行照射UV光处理。优选的，步骤（2）所述的激光切割所形成的沟槽宽度范围为5～50um。
优选的，步骤（1）所述的激光切割，沿着球栅阵列面上的切割道，依次切开有机材料保护层、晶圆内部结构层和有机材料围堰层。 
或者，步骤（1）所述的激光切割，沿着球栅阵列面上的切割道，依次切开有机材料保护层、硅结构层、晶圆内部结构层和有机材料围堰层。
优选的，在晶圆片贴附UV胶带时，玻璃层朝下，球栅阵列面朝上，固定在激光加工设备上。
优选的，步骤（2）所述的激光切割玻璃层，打断玻璃层内部的分子链，玻璃层实际外观没有分开。
具体的,步骤(1)第一次激光切割时激光频率为30～50KHZ，功率为1～10W。步骤(2)再次激光切割时激光频率为80-120KHZ，功率为1～5W。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
（1）本发明对封装之后的晶圆进行两次激光切割，第一次切割使用高密度能量的激光，切开芯片上的有机材料层、介电材料层和硅结构层，有机材料围堰层等材料，过程中无外界应力作用，不会产生崩边，微损失，分层等切割问题。第二次切割玻璃层时使用与第一次切割不同的密度能量激光，设置不同的切割参数。对同一产品切割分两次，因为适应不同材料层需要的切割参数不同，避免了因激光能量衰减、能量波动大造成的切割品质不稳定问题，对芯片的切割品质提升有很大的帮助，以达到最好的切割效果和效率； 
（2）激光的加工速度比刀片切割方式快，最高可达200mm/秒，生产效益更高；
（3）激光加工方法设备维护成本低，无昂贵的切割刀片成本；
（4）激光切割无需使用冷却水，节省水资源，更符合环保要求。
附图说明
图1是本发明的实施例1所述带有薄硅结构的切割道的示意图；
图2是本发明的实施例1所述带薄硅结构切割道第一次激光切割的示意图；
图3是本发明的实施例1所述带薄硅结构切割道第二次激光切割的示意图；
图4是本发明的实施例2所述无硅结构切割道的示意图；
图5是本发明的实施例2所述无硅结构切割道第一次激光切割的示意图；
图6是本发明的实施例2所述无硅结构切割道第二次激光切割的示意图；
图7是本发明的实施例3所述带厚硅结构切割道的示意图；
图8是本发明的实施例3所述带厚硅结构切割道第一次激光切割的示意图；
图9是本发明的实施例3所述带厚硅结构切割道第二次激光切割的示意图。
具体实施方式
为方便本领域的技术人员了解本发明的技术内容，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明所揭示的完成BGA封装之后的晶圆的切割分粒方法，以CIS图像传感器芯片为例，包括三种情况：切割道内有薄硅结构层，如附图1；切割道内无硅结构层，如附图4；切割道内有厚硅结构层，如附图7。
实施例1
针对附图1所示的切割道内有薄硅结构层的CIS图像传感器芯片，完成BGA封装之后的晶圆的切割分粒方法，如图2和3所示，包括步骤：
（1）在完成晶圆级封装之后的CIS晶圆的玻璃层外表面贴附UV胶带100，玻璃层朝下，球栅阵列面朝上，固定在激光加工设备上。
（2）如图2所示，将所述的晶圆进行第一次激光500切割，需要切割掉的结构有：球栅阵列面的有机材料保护层404、薄硅层401、晶圆内部结构层403、有机材料围堰层300。在使用激光在沿晶圆球栅阵列面的切割道进行切割步骤中，通过显微放大镜头和摄像机，依据切割道，对晶圆进行定位，通过对激光的扩束、聚焦后对晶圆进行切割，激光频率为40KHZ，功率为1～10W,功率的高低是取决于切割时硅的厚度。第一次切开的切割沟槽宽度为5～50um，以利于第二次激光切割。
（3）如图3所示，将所述的晶圆的玻璃层200进行激光切割，切开剩余的玻璃层200，本次采用频率为100KHZ红外激光，功率为1～5W,功率的高低是取决于切割时玻璃的厚度。该第二次激光切割切割玻璃层，玻璃层实际外观没有分开，但是内部的分子链被打断。
（4）将所述的UV胶带进行照射UV光处理，使得膜的粘性变低，保证在胶带移除时无残胶。
（5）采用晶圆扩片设备将所述的CIS晶圆进行扩张裂片处理，使每颗芯片完成最后分粒，使被打断内部分子链的晶圆分离成单一的芯片晶粒。
实施例2
如图4、5和6所示，分别为无硅结构切割道的示意图、无硅结构切割道第一次激光切割的示意图和无硅结构切割道第二次激光切割的示意图。具体切割方式与实施例1类似。
实施例3
如图7、8和9所示，分别为带厚硅结构切割道的示意图、带厚硅结构切割道第一次激光切割的示意图和带厚硅结构切割道第二次激光切割的示意图。具体切割方式与实施例1类似。
上述实施例仅为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。本专利所发明的切割产品结构，也不限于附图所示的3种结构。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种完成BGA封装之后的晶圆的切割分粒方法，所述BGA封装之后的晶圆的球栅阵列面上有切割道，另一面为玻璃层，其特征在于，包括步骤：
（1）利用激光沿着球栅阵列面上的切割道进行切割，切割深度达玻璃层的内表面，形成一沟槽；
（2）透过步骤（1）形成的沟槽将所述的晶圆的玻璃层再次进行激光切割，打断玻璃层内部的分子链；
（3）将切割好的晶圆进行扩片处理，使每颗芯片完成最后分粒。
2.根据权利要求1所述的切割分粒方法，其特征在于，在进行步骤(1)的激光切割之前,先在晶圆的玻璃层外表面贴附UV胶带,完成步骤(2)的再次激光切割后,对UV胶带进行照射UV光处理。
3.根据权利要求1所述的切割分粒方法，其特征在于，在步骤(1)中的激光切割的沟槽宽度范围为5～50um。
4.根据权利要求1所述的切割分粒方法，其特征在于，步骤（1）所述的激光切割，沿着球栅阵列面上的切割道，依次切开有机材料保护层、晶圆内部结构层和有机材料围堰层。
5.根据权利要求1所述的切割分粒方法，其特征在于，步骤（1）所述的激光切割，沿着球栅阵列面上的切割道，依次切开有机材料保护层、硅结构层、晶圆内部结构层和有机材料围堰层。
6.根据权利要求2所述的切割分粒方法，其特征在于，晶圆片贴附UV胶带时，玻璃层朝下，球栅阵列面朝上，固定在激光加工设备上。
7.根据权利要求1所述的切割分粒方法，其特征在于，步骤(1)第一次激光切割时激光频率为30～50KHZ，功率为1～10W。
8.根据权利要求1所述的切割分粒方法，其特征在于，步骤(2)再次激光切割时激光频率为80-120KHZ，功率为1～5W。
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