CN104029299B - 一种wlcsp封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，由金属基胎体和金刚石颗粒组成，按重量百分比，该金刚石切割片中金刚石浓度为15～40wt％，粒径为5～30μm。按质量百分比，金属基胎体的组成和含量如下：铜粉55～70％、锡粉25～40％、镍粉5～15％、石墨1～10％。本发明还公开了将上述金刚石切割片通过混料‑冷压成型‑热压烧结‑机械加工进行制备的工序，可以满足WLCSP封装芯片切割品质要求，切割速度快效率高，同时不存在断刀现象，原料来源广泛，适用于现代化工业生产。
Description
技术领域
本发明属于超精密切割技术领域，用于超硬材料制品或工具制造行业，特别涉及WLCSP封装芯片分割时使用的一种超薄金属基金刚石切割片及其制备方法。
背景技术
2000年颁布《关于鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》以来，半导体集成电路产业得到快速发展，产业规模迅速扩大，特别是IC封测服务业的规模和技术创新能力也随之逐年提高国内半导体行业迅猛发展，国内封装企业主要集中在长三角地带，超薄切割片主要依赖DISCO、ADMAS等公司进口，每年市值约4～6亿人民币，受研发能力和生产能力的制约，国内尚无切割片可以满足要求。
晶圆片级芯片规模封装(Wafer Level Chip Scale Packaging，简称WLCSP)，即晶圆级芯片封装方式，不同于传统的芯片封装方式(先切割再封测，而封装后至少增加原芯片20％的体积)，此种最新技术是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才切割成一个个的IC颗粒，因此封装后的体积即等同IC裸晶的原尺寸。WLCSP的封装方式，不仅明显地缩小内存模块尺寸，而符合行动装置对于机体空间的高密度需求；另一方面在效能的表现上，更提升了数据传输的速度与稳定性。
晶圆级芯片规模封装技术，融合薄膜无源器件技术及大面积规格制造技术能力，不仅提供节省成本的解决办法，而且提供与现存表面贴装组装过程相符合的形状因素。芯片规模封装技术既提供性能改进路线图，又降低了集成无源器件的尺寸。
封装出来的产品直径主要有3inch、6inch、8inch，直径为12inch的晶圆产品也即将投入市场，厚度一般在350±30μm，若干个管芯纵横整齐地排列在一起，且机械上未划开。晶粒的分层：玻璃、金属、氧化矽、铝、复晶矽等。因其价格昂贵，且切割要求十分苛刻，基本不容许有崩边和崩角，所以国内企业一直无法开发出该类切割刀片。
发明内容
本发明目的是针对WLCSP封装芯片封装产品，开发研制一种专用超薄金属基金刚石切割片。其技术原理是设定金刚石浓度15～40％和粒径5～30μm条件下，并辅以相适应的强度、晶形及热稳性等品级保证。该切割片能够很好的保持刃口切割形貌，在满足芯片加工质量的前提下，具有把持力强、出刃度高及使用寿命长等特点。
本发明的技术方案是：一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，由金属基胎体和金刚石颗粒组成，按重量百分比，该金属基金刚石切割片中金刚石浓度为15～40％、粒径为5～30μm，金属基胎体的组成和含量如下：
上述百分数为质量百分数。
进一步的，本发明中所述铜粉的粒径为10～15μm，其中铜含量大于等于99.6％，采用电解法制得。
进一步的，本发明中所述锡粉的粒径为10～15μm，其中锡含量大于等于99.9％。
进一步的，本发明中所述的超薄金属基金刚石切割片用于WLCSP封装芯片切割。
本发明中金属基胎体采用铜基粘接剂作为骨架材料，是指采用电解铜粉作为主原料，再辅以镍等进行改性，使刀片机械性能大幅度提高，同时保持粘接剂对金刚石的润湿性，还可以抑制烧结流失，合金的液、固相线都有稍许提高，同时添加少量的石墨作为造孔材料等进行调节，防止被加工材料有金属粘接剂粘附，上述技术方案中，所述铜粉技术条件为：
所述锡粉技术条件为：
| Sn(≮) | 颜色 | 比表面积(m2/g) | 粒径μm | 体积密度g/cm3 | 晶型 |
| 99.9％ | 黑色 | 45.3 | 10-15 | 0.42 | 球形 |
本发明还提供一种如上述WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片的制备方法，包括如下步骤，其流程图如图2所示：
(1)混料：将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、石墨、金刚石放入混料机内，混合1～2小时，过120#筛后置入容器备用，如颗粒不均匀，继续混合1～2小时，过筛备用；
(2)冷压成型：将备料缓慢投入模具，并用刮刀轻轻刮平，连同模具放置于液压机平台，并施加压力3.0*103～5.5*103MPa制得成形压坯；
(3)热压烧结：将压制好的坯体放置入烧结炉内，升温速度60～80℃/min，升温至最终烧结温度400℃～600℃，保温1～2小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；
(4)机械加工：将检查合格的坯体加工成切割片，如图1所示的圆环形结构。
(5)检验：根据产品检验标准检验；
(6)入库。
本发明的优点是：
本发明中公开的一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片能够很好的保持刃口切割形貌，在满足芯片加工质量的前提下，具有把持力强、出刃度高及使用寿命长等特点。与现有技术相比还具有以下优点：
1、本发明提供的配方可以满足WLCSP封装的切割品质要求，同时速度可以提升至6mm/s，提高了工作效率，在使用过程中不会出现切偏和断刀现象。
2、本发明公开的制备方法简单，原料来源广泛，适用于现代化工业生产。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为金属基金刚石切割片的结构图
其中，a对应的三角形部分为金刚石，b对应的空白部分为金属基胎体；
图2为金属基金刚石切割片制备流程图；
具体实施方式
实施例1：
一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，其金属基胎体组分和含量如下：
其制备方法为：
(1)混料：按照上述各组分含量精确称取的铜粉、锡粉、镍粉、石墨、金刚石(浓度：20％，粒径：10μm)放入混料机内混合2小时，过120#筛后置入容器备用；
(2)冷压成型：将备料缓慢投入模具，并用刮刀轻轻刮平，连同模具放置于液压机平台，并施加压力3.0*103MPa制得成形压坯；
(3)热压烧结：将压制好的坯体放置入烧结炉内，升温速度60℃/min，升温至最终烧结温度550℃，保温1小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；
(4)机械加工：将坯体按照图纸经内外圆磨削以及端面研磨加工到要求尺寸，即得切割片；
(5)检验：根据产品检验标准检验；
(6)入库。
实施例2：
一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，其金属基胎体组分和含量如下：
其制备方法为：
(1)混料：按照上述各组分含量精确称取的铜粉、锡粉、镍粉、石墨、金刚石(浓度：30％，粒径：8μm)放入混料机内，混合1小时，过120#筛后置入容器备用；
(2)冷压成型：将备料缓慢投入模具，并用刮刀轻轻刮平，连同模具放置于液压机平台，并施加压力3.0*103MPa制得成形压坯；
(3)热压烧结：将压制好的坯体放置入烧结炉内，升温速度60℃/min，升温至最终烧结温度520℃，保温1小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；
(4)机械加工：将坯体按照图纸经内外圆磨削以及端面研磨加工到要求尺寸，即得切割片；
(5)检验：根据产品检验标准检验；
(6)入库。
实施例3：
一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，其金属基胎体组分和含量如下：
其制备方法为：
(1)混料：按照上述各组分含量精确称取的铜粉、锡粉、镍粉、石墨、金刚石(浓度：25％粒径：15μm)放入混料机内，混合1.5小时，过120#筛后置入容器备用；
(2)冷压成型：将备料缓慢投入模具，并用刮刀轻轻刮平，连同模具放置于液压机平台，并施加压力3.0*103MPa制得成形压坯；
(3)热压烧结：将压制好的坯体放置入烧结炉内，升温速度65℃/min，升温至最终烧结温度500℃，保温1小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；
(4)机械加工：将坯体按照图纸经内外圆磨削以及端面研磨加工到要求尺寸，即得切割片；
(5)检验：根据产品检验标准检验；
(6)入库。
实施例4：
一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，其金属基胎体组分和含量如下：
其制备方法为：
(1)混料：按照上述各组分含量精确称取的铜粉、锡粉、镍粉、石墨、金刚石(浓度：25％，粒径：12μm)放入混料机内，混合2小时，过120#筛后置入容器备用；,
(2)冷压成型：将备料缓慢投入模具，并用刮刀轻轻刮平，连同模具放置于液压机平台，并施加压力3.0*103MPa制得成形压坯；
(3)热压烧结：将压制好的坯体放置入烧结炉内，升温速度60℃/min，升温至最终烧结温度510℃，保温1小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；
(4)机械加工：将坯体按照图纸经内外圆磨削以及端面研磨加工到要求尺寸，即得切割片；
(5)检验：根据产品检验标准检验；
(6)入库。
实施例5：
一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，其金属基胎体组分和含量如下：
其制备方法为：
(1)混料：按照上述各组分含量精确称取的铜粉、锡粉、镍粉、石墨、金刚石(浓度：20％，粒径：11.5μm)放入混料机内，混合1.5小时，过120#筛后置入容器备用；
(2)冷压成型：将备料缓慢投入模具，并用刮刀轻轻刮平，连同模具放置于液压机平台，并施加压力3.0*103MPa制得成形压坯；
(3)热压烧结：将压制好的坯体放置入烧结炉内，升温速度60℃/min，升温至最终烧结温度480℃，保温1小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；
(4)机械加工：将坯体按照图纸经内外圆磨削以及端面研磨加工到要求尺寸即得切割片；
(5)检验：根据产品检验标准检验；
(6)入库。
上述配方制备的超薄金属基金刚石切割片具有超精超薄的特点，厚度最薄可以达到40μm，平面度0.002mm，批量变形量可以控制在0.1以下，适应了WLCSP封装对于切割道愈来愈窄的要求。在保持自锐性和锋利度的同时，不失耐磨性能，满足客户要求切割的同时，也可以提高切割速度，客户生产效率提高20％，寿命提高10％，由于良好的切割品质，客户切割产品合格率提高10％，总体成本降低15％。
Claims (5)
1.一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，由金属基胎体和金刚石颗粒组成，其特征在于：按重量百分比，该金属基金刚石切割片中金刚石浓度为15～40％、粒径为5～30μm，所述金属基胎体的组成和含量如下：
上述百分数为质量百分数。
2.根据权利要求1所述的一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，其特征在于，所述铜粉的粒径为10～15μm，其中铜含量大于等于99.6％，采用电解法制得。
3.根据权利要求1所述的一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，其特征在于，所述锡粉的粒径为10～15μm，其中锡含量大于等于99.9％。
4.根据权利要求1所述的一种WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片，其特征在于，所述的超薄金属基金刚石切割片用于WLCSP封装芯片切割。
5.如权利要求1～4任意一项所述的WLCSP封装芯片专用超薄金属基金刚石切割片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)混料：将精确称重的铜粉、锡粉、镍粉、石墨、金刚石放入混料机内，混合1～2小时，过120#筛后置入容器备用，如颗粒不均匀，继续混合1～2小时，过筛备用；
(2)冷压成型：将混料缓慢投入模具，并用刮刀轻轻刮平，连同模具放置于液压机平台，并施加压力3.0*103～5.5*103MPa制得成形压坯；
(3)热压烧结：将压制好的成形压坯放置入烧结炉内，升温速度60～80℃/min，升温至最终烧结温度400℃～600℃，保温1～2小时，随炉冷却至室温取出，去毛刺后备用；
(4)机械加工：将检查合格的成形压坯加工成切割片；
(5)检验：根据产品检验标准检验；
(6)入库。
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