CN111432978A - 用于以聚合物树脂铸模化合物为基底的基板的切割方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明包含通过雷射剥蚀工艺以雷射切单聚合物树脂铸模化合物基板成封装或芯片的系统及方法。用来夹住基板的金属夹具包含沟槽,以在切割期间使激光束穿透。内建的管道允许水在夹具周围的基座中循环,以在切割期间冷却基板。激光束能够伴随压缩的气体或空气穿过切割喷嘴,以冷却基板并移除碎屑。在切割工艺中能够使用脉冲激光束,从而可以实现以不同速度及雷射参数的多重通过组合。这允许了高速下的单次通过的单元切割。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路芯片制造,更具体地,涉及通过雷射剥蚀工艺来切割聚合物树脂或基板成集成电路的方法。
背景技术
集成电路(IC),亦称为微芯片或芯片,为在诸如硅的小且平坦的半导体材料上的电路组。大量的微型晶体管的整合产生了相较于以离散的电子组件所构成的电路更小、更便宜以及更快速的电路。集成电路被运用于无数的电子设备,包括计算机、移动电话及其他数字家用器具。
集成电路相较于离散电路的主要优点为价格及其性能。相较于离散电路,封装的集成电路大幅减少了所使用的材料。通常通过光刻法(photolithography)以一个单元的形式来印刷集成电路,而离散电路一次构成一个晶体管。因为其尺寸小且靠近,能够快速切换集成电路的组件且消耗相对较少的功率。然而,设计集成电路及制造所需的光罩是昂贵的。该高初始成本意味着集成电路仅适用于高产量。
半导体设备制造是用于制造集成电路的工艺。它通常开始于切割由诸如硅的半导体材料所制成的晶圆(wafer)(即基板)。此后,能够通过一系列光刻及化学工艺步骤来生产集成电路。
晶粒(die)制备是制备用于集成电路(IC)封装及测试的晶圆的工艺。晶粒制备通常包括晶圆安装及晶圆分割(dicing)。在晶圆切割成分离的晶粒之前,执行晶圆安装。在此步骤期间,晶圆安装在附着于环的塑料线带上。分割、切割(cutting)或切单(singulation)包括了将晶圆切割成较小的部分。切割包含有多个相同集成电路的晶圆,使得各个晶粒的每一个包含那些电路中的一个。能够使用各种方法及设备以从半导体晶圆中切单个别的半导体晶粒。通常,称为划线或切割的技术用于沿着划线栅格用钻石切割轮或晶圆锯切割芯片。
传统的切单方法使用钻石锯切晶圆成单独的晶粒。然而,环氧铸模化合物封装(epoxy molding compound packages)的钻石锯切可能是有问题的。边缘碎屑、边缘裂缝、铜污迹、边缘铜毛刺及焊料桥接(solder bridging)是常见问题。使用水或湿化学浆料可以帮助避免这些问题中的一些问题。然而,可能会有另外的机械锯切期间的泄漏问题。其他问题包括机械锯的高成本,锯子磨损导致不稳定的芯片尺寸以及慢的切割速度。
钻石锯切的另一个限制是,它仅适用于切割直线。而且,为了允许切割工具的对准及宽度,每个划线栅格必须具有相对大的宽度。这消耗了半导体晶圆的一大部分。另外,切割工艺是慢的,在半导体晶圆上划所有划线栅格通常需要超过一个小时。
研磨喷水器(abrasive water jet,AWJ)技术提供一些超越传统方法的改进。湿化学浆料被迫通过可用于切割材料半导体芯片的小孔。但是,AWJ也有缺点。它通常是一个很慢的过程。通常,AWJ具有每小时小于1000个单位(UPH)的限制,甚至当仅用于弯曲切割时。它还需要以洗涤及干燥的形式进行后处理。而虽然水可以过滤及回收,但强力的AWJ动作使得石榴石的砂砾尺寸变小,所以它无法被回收利用。其他问题包括高费用及需要给予操作员的听觉保护/隔离的高噪音水平。
雷射对晶粒切单及标记晶圆及封装提供了改进的方法。雷射已经成为用于切单IC封装的机械方法的有吸引力的替代方案,例如方形扁平无引脚(Quad-Flat No-leads,QFN)、细球栅数组(Fine-Pitch Ball Grid Array,FBGA)及微安全数字(SD)或微安全数字(SD)(MMC)以及芯片直接接触(Direct Chip Attach,DCA)型封装。这通常被称为雷射锯切的技术特别适用于波状封装(contoured package)以及适用于表面安装(surface mount)产品。在后者中,为了最大产量及最小占晶面积(footprint),雷射进行窄切割的能力允许了电子设备得以非常靠近边缘放置。因为工件上没有工具磨损或机械应力,所以基于雷射的切单是一种「非接触工艺」。此外,雷射切割可以产生一致的成果。然而,为了有效,激光技术必须考虑诸如速度、成本及边缘粗糙度。
雷射产生的热通常是一个问题。在雷射切单中,来自雷射热的热效应存在显著的问题,包括边由喷射材料引起的缘热损伤、材料燃烧及剥蚀(ablation)。使用超短脉冲皮秒(ps)雷射、飞秒(fs)雷射或紫外(UV)雷射来切割封装通常不具有成本效益,这是由于它们的高成本。而且,由于它们的低功率,飞秒雷射、皮秒雷射及UV雷射都不能满足切割工业生产量的需求。
因此,对于以聚合物树脂铸模化合物为基底的基板,需要一种利用雷射而得以克服这些限制的改进的雷射切割系统及方法。该方法应该提供相较于传统技术花费更少的时间并且保持更窄的划线的均匀切单。
发明内容
提供以下总结以便于理解所揭露实施例特有的一些创新特征,并且不旨在作为全部的描述。通过整体地考虑全部说明书、申请专利范围、图式及摘要可以获得对本文揭露的实施例的各个方面的全面理解。
实施例包括通过雷射剥蚀工艺来切单聚合物树脂化合物成封装的系统。该系统可以包括缓冲站、雷射及用于夹住聚合物树脂化合物的夹具。可以利用真空压力使得夹具得以夹住聚合物树脂化合物。雷射可以是具有大于及包括10kHz的重复率的脉冲雷射。缓冲站可以包括加热组件,选择性地配合使用气体注射器来发射快速冷却气体。进一步地,压缩空气或气体源在雷射的方向用力推进压缩的空气或气体。
雷射沿着嵌入夹具中的沟槽切割,并且透过底板并搭配具有内部管道的系统,通过使液体循环来冷却夹具。沟槽可以具有大约1至3厘米的深度及大于或等于1毫米的宽度。在其他的设计中,沟槽具有大于或等于0.5mm的宽度。
实施例还包括通过雷射切割工艺来切单聚合物树脂化合物成封装的方法。该方法包括以下步骤:(a)装载聚合物树脂化合物到切割夹具上,(b)启动真空以固定聚合物树脂化合物到切割夹具,(c)启动脉冲雷射以沿着嵌入在切割夹具内的一系列沟槽来切割聚合物树脂化合物以及(d)使循环液体通过切割夹具的底板以冷却聚合物树脂化合物。
该方法可以包含在缓冲站预热基板以及选择性地在将它装载到切割夹具之前注入快速冷却气体的附加步骤。加压的空气或气体可以用于冷却剥蚀区域及/或去除碎屑。在切割后,封装可以被送到清洁站。
前言
本发明的第一方面是通过雷射剥蚀工艺来雷射切单聚合物树脂铸模化合物封装或基板成封装或芯片的系统及方法。
本发明的第二方面是一种以不同速度及雷射参数(即连续切割)使用脉冲激光束以及通过其多重组合(multiple combinations of passes)的雷射切割方法。
本发明的第三方面是一种使用多重连续的切割的雷射切割方法,因为多重通过而提供了高产量及高边缘质量的优化组合。
本发明的第四方面是一种使用具有沟槽的切割夹具的雷射切割方法,其中,沿着该沟槽切割聚合物树脂化合物。
本发明的第五方面是一种使用以内部管路来循环液体以冷却切割夹具的底板及附接的基板/芯片的雷射切割方法。
附图说明
当结合附加的图式来理解时,可以更佳地理解上述的总结以及以下说明性实施例的详细描述。为了说明本揭露的目的,在图式中显示本揭露的示例性构造。然而,本揭露不限于本文揭露的具体方法及手段。此外,本领域中具有通常知识者将理解的是,图式不是按比例绘制的。尽可能地,相同的组件以相同的组件符号来表示。
图1是绘示基板及用于切单的激光束。
图2A是绘示通过雷射剥蚀工艺来切单聚合物树脂铸模化合物封装或基板成芯片的雷射切割方法的步骤的流程图。
图2B是绘示在雷射剥蚀工艺之后的清洁芯片步骤的流程图。
图3A是绘示没有装载封装或基板于其上的切割夹具的俯视图。
图3B是绘示没有装载封装或基板于其上的切割夹具的前视图。
图4A是绘示切割夹具的侧视图。
图4B是绘示真空孔洞(vacuum hole)的特写视图(close-up view)。
图5是绘示用于冷却切割夹具的冷却水的方向,冷却水则循环通过于其上安装有切割夹具的底板。
图6A是绘示附加了有机基板栅格数组(OLGA)的插入物(interposer)的条带封装。
图6B是绘示切单的第一步骤。
图6C是绘示切单的第二步骤。
图6D是绘示切单的第三步骤。
图6E是绘示切单的第四步骤。
图6F是绘示在切单之后的个别的封装。
图6G是绘示在切单之后的个别的封装的边缘。
具体实施方式
定义
虽然本发明主要描述对于环氧铸模化合物的切单,可以理解的是,本发明不限于此并且可用于辅助需要精确成型及小组件的铸模的其他努力。并且,虽然所提及的是聚合物树脂化合物,但该技术容易地转移到其他基材。在这些非限制性实施例中讨论的具体益处及配置可以变化,并且仅用于说明至少一个实施例,并不意图限制其范围。
本说明书中参照「一个实施例/方面(one embodiment/aspect)」或“「一实施例/方面(an embodiment/aspect)」意味着结合实施例/方面所描述的特定特征、结构或特性包括在本揭露的至少一个实施例/方面中。在说明书中的各个地方使用词组「在一个实施例/方面中(in one embodiment/aspect)」或“「在另一实施例/方面中(in another embodiment/aspect)」不必要都指相同的实施例/方面,也不是与其他实施例/方面相互排斥的单独的或替代的实施例/方面。此外,描述的各种特征可以通过一些实施例/方面所呈现,而不通过其他实施例/方面。同样地,描述的各种条件(requirement)可以是一些实施例/方面的条件(requirement),而不是其他实施例/方面的。在某些例子下,实施例及方面可互换使用。
本说明书中使用的术语在所属技术领域中具其常见涵义,在本揭露的内文中以及在使用每个术语的特定内文中具有它们的常见含义。用于描述本揭露的某些术语在下文或说明书中的其他地方讨论,以提供关于本揭露的描述的额外指导给从业者(practitioner)。为方便起见,可以强调某些术语,例如使用斜体及/或引号。这样的强调对术语的范围及含义没有影响;术语的范围及含义在相同的内文中是相同的,无论是否被强调。将理解的是,相同的事物可以以超过一种方式来陈述。
因此,替代语言及同义词可以用于本文所讨论的任何一个或多个术语。无论术语是否在本文中被详细阐述或讨论,也没有任何特殊意义加诸其上。提供用于某些术语的同义词。一个或多个同义词的叙述不排除使用其他同义词的使用。在本说明书中任何地方的示例的使用,包括本文中讨论的任何术语的实例,仅是说明性的,并且不意旨在进一步限制本揭露或任何示例性术语的范围及含义。同样地,本揭露不限于本说明书中给予的各种实施例。
不意旨进一步限制本揭露的范围,下面给予根据本揭露的实施例的仪器、装置、方法及其相关结果的示例。应注意的是,为了方便读者,可以在示例中使用标题或副标题,这应绝不限制本揭露的范围。除非另外定义,否则本文使用的所有技术及科学术语具有与本揭露所属技术领域中具有通常知识者通常理解的含义相同的含义。在发生冲突的情况下,本文件,包括定义,将控制。
术语「晶粒(die)」是指所制造的功能电路(functional circuit)上的半导体材料的区块。通常,通过例如光刻的工艺,在电子级硅(EGS)或其他半导体(例如GaAs)的单个晶圆上以大批量方式来生产集成电路。将晶圆切割(分割)成许多块,每块包含一个电路副本。这些块中的每一个称为晶粒。
嵌入式晶圆级球栅数组(Embedded Wafer Level Ball Grid Array,eWLB)是用于集成电路的封装技术。封装互连应用于硅芯片及铸造化合物(casting compound)制成的人造晶圆上。eWLB是典型晶圆级球栅数组技术(WLB或WLP晶圆级封装)的进一步发展。eWLB技术背后的主要推动力是给予互连布线(interconnect routing)更多的空间。
术语「扫描振镜雷射(galvanometer scanner laser)」是指经由振镜扫描来控制的激光束移动。扫描仪含有在X及Y方向上振动的两个振镜扫描镜(galvo scan mirror),振镜扫描镜使入射的激光束偏转。在两个扫描镜之后,有一个聚焦透镜聚焦激光束。上下移动以及前后移动的双轴运动的执行使激光束扫描以对基板切单。在振镜扫描仪之后的聚焦激光束则用于切单基板。
术语「集成电路」、「IC」、「微芯片」、「硅芯片」、「计算机芯片」或「芯片」是指使用光刻技术于其内蚀刻电子电路的一块特别制备的硅(或另一个半导体)。硅芯片可以含有逻辑闸、计算机处理器、存储器及特殊设备。因为芯片易碎,所以通常被坚固的塑料封装包围。芯片的电接头则是经由从封装突出的金属引线(metal leg)来提供。
术语「切口(kerf)」是指被锯留下的窄通道(channel),且(相关地)其宽度的量测取决于多个因素,包括锯片的宽度、刀片齿套组、在切割中产生的摆动量以及从切割侧被拉出的材料量。当使用雷射时,切口则取决于被切割材料的性质、工件厚度、透镜焦距及在雷射中使用的切割气体的类型。
术语「雷射剥蚀」是指通过以激光束照射固体表面以去除材料的工艺。在低雷射通量下,被材料吸收的雷射能量加热材料,并且材料蒸发或升华。
术语「有机基板栅格数组(organic land grid array)」或「OLGA」是指具有空气腔的无引线封装及具有图案化导电迹线的有机基板。根据特定的应用,在封装中整合具有不同波长的ASIC及LED。经由封装底部表面上的引线(端子引脚)进行连接。这些引线能够直接焊接到PCB上。
术语「封装堆栈」或「在封装上的封装」是指结合垂直离散逻辑及存储球栅数组(memory ball grid array)的一种集成电路封装方法。两个或更多个封装彼此顶部安装(即,堆栈,在它们之间有标准接口以传递讯号)。这允许在设备中更高的组件密度,例如移动电话、个人数字助理(PDA)及数字相机。
术语「光刻」或「光学蚀刻(optical lithography)」是指用于微工艺中以图案化薄膜的各部分或整体基板的工艺。光线是用于将几何图案从光罩转移到基板上的光敏化学物「光阻」。
术语「切单」、「晶粒切割」或「切割」是指将包含有多个相同集成电路的晶圆折合为含有这些电路的一个的每一个单独晶粒的工艺。该工艺能够包含划线及断裂、机械锯切或雷射切割。在切割工艺之后,将单独硅芯片封装到芯片载体中,之后,芯片载体适用于构建电子设备中,诸如建构计算机。
本文使用的其他技术术语具有在本领域中使用它们的常见含义,例如由各种技术词典所示例的那样。在这些非限制性示例中所讨论的具体效益及配置可以变化,并且仅用于说明至少一个实施例,并不意图限制其范围。
较佳实施例的描述
晶粒制备通常包括基板安装,基板分割或切割则接续其后。基材通常是聚合物树脂铸模化合物。本发明利用真空压力以将基板安装到切割夹具上。之后,使用激光技术将基板切割成许多部分(即芯片)。
图1是绘示通过雷射剥蚀切割的基板。聚焦透镜将激光束引导到雷射软化剥蚀点320的基板接触点。激光束在箭头305所示的方向上移动。以雷射形成划线或切单道315。将雷射多次地(即多次通过)引导到基板上,以将基板分离成个别的封装。脉冲激光束可以在不同速度及雷射设定下以多次通过的组合(combination of passes)来使用。这允许了以高速进行的单次通过的单元切单。
亦描绘气体管。气体管310的出口在平行于切单道的方向上引导气体或压缩空气。这冷却了基材并去除切割工艺中产生的颗粒或碎屑。如图所示,它与沿着切割道的激光束移动方向对齐。
金属夹具设置以当切割基板时夹住基板(未示出)。夹具包括了沟槽,以允许激光束在切割基板期间得以穿透。此外,夹具可以使用水来冷却基板。在底板内的内建管道可以在切割期间使得水循环及通过从夹具吸走热量来冷却基板。
图2A是绘示根据一实施例通过雷射剥蚀工艺将基板切单成芯片的雷射切割方法的流程图100。该工艺能够分为基板安装及基板切单。拾取器(picker)(拾取及放置机器或机器人)能够用于移动基板及/或被切单的单元。
在步骤105,基板放置在缓冲站上。缓冲站能够包括加热板,以在将基板放置在切割夹具上之前,用选择性注入的快速冷却气体来预先加热基板。快速冷却的气体能够快速冷却被加热的聚合物树脂,以在将聚合物树脂化合物装载到切割夹具上之前保留其在预热之后所取得的形状。该步骤能够在基板被放置在切割夹具上之前释放基板上的翘曲,其中切割夹具确保了良好的真空密封。
而后,拾取装置能够将基板从缓冲站110装载到切割夹具(「夹具」)上。切割夹具在基板被切割成单独的芯片时牢固地夹住基板。能够通过真空压力固定基板。步骤115说明启动真空以在基板上产生吸力并防止移动。真空孔洞能够是圆形(方形单元)或椭圆形(矩形单元)。
切割夹具能够以金属为基底的材料来打造,例如钢用不锈钢材(Steel UseStainless,SUS)或铝。夹具的底部能够包括至少一个真空室,以允许在切割期间在单元上施加吸抽,从而避免单元移动。每个单元能够放置在从切割夹具切裁出的岛状体上,并且以0.2mm-1.0mm厚的橡胶层(较佳约0.5mm厚)来支撑,以防止单元表面上的划伤/损坏。
下一步骤120描述切割(「切单」),建议在基板面向下的情况下进行该步骤。能够使用脉冲激光束将基板切割成单独的芯片。使用脉冲激光束,以致于使用不同速度及雷射参数的多重通过来切割基板。这有助于保持基板在较低温度并且由于较少热量来自激光束而防止了加热所导致的翘曲。
能够利用经由喷嘴引入切割区域的压缩空气(例如,N2、Ar或CO2)来去除来自切割工艺的碎屑。能够有策略地定位喷嘴以引入压缩空气,以致于使其与雷射切割道平行对齐。碎屑能够从腔室底部排出。在切割工艺期间产生的碎屑及烟雾能够经由位于夹具侧面及底部的排气口(未示出)除去。压缩空气亦能够帮助冷却切割道,特别是在雷射接触区域,并防止雷射在与基板接触时「引发火花(sparking)」。
过热是传统雷射切单方法所存在的常见问题。为了克服这个问题,夹具可以包括用于循环冷却水的系统,以在进行切割步骤125时冷却基板。冷却水的温度低于摄氏22度(较佳地约摄氏10度或更低)。这在切割期间冷却单元,并有效地将雷射产生的热量从切割区域转移出去。
能够经由喷嘴将气体或压缩空气引到切割区域130上。激光束能够与压缩气体或空气一起通过切割管嘴。这允许了高速下的单次通过的单元切单。在切割之后,能够清洁夹在切割夹具中的被切单的单元,以去除碎屑并移除留在单元135的表面上的切割毛刺/纤维。能够启动通风口,以吹走在切单期间累积或沉降的碎屑。清洁工艺能够包括额外的步骤,例如刷洗,以产生没有碎屑的切单的单元。
图2B是绘示根据一实施例的用于自动机器的清洁步骤101的流程图101。通过真空传输手臂(transfer arm)夹取单元(步骤140)并将其传输到第一清洁站(步骤145)。在第一清洁站,以轻微浸泡在乙醇溶液(例如IPA)或未掺杂的(plain)去离子(DI)水的软布/海绵来清洁单元的顶侧。接着,单元被传输到翻转站(步骤150),翻转180度并由另一个传输手臂拾取。然后转移它们到第二清洁站(步骤155),以进行清洁。与第一清洁站一样,能够使用例如IPA或DI水的乙醇溶液。在此,清洁单元的底部。接着,将单元传输到无栅格工作台(步骤160),且单元在工作台上被传输到拾取器的拾取位置。旋转的拾取器头能够拾取每个单元并将每个单元传输到刷洗站(步骤165),以致于在全部四个侧面上刷洗单元。然后,传输单元经过目视检查相机(步骤170)并被卸除到托盘上。剩余的废弃轨能够通过另一个拾取器手臂自动移除以放置到废料箱(未示出)。
切割夹具
在较佳的切单方法中,切割夹具在切单期间牢固地夹住基板。两种结构特征允许了精确地切割基板而不会达到可能导致翘曲或其他损坏的高温。嵌入的沟槽(即夹具中的凹进区域)允许了激光束在切割期间穿透。具有内部管道的底座允许了冷却水通过底板循环。这在切割期间从夹具中移除了热量以冷却基板。
图3A是绘示在图2A的方法中使用的切割夹具200的俯视图202。沟槽在中心部分形成栅格。基板被放置在切割夹具上。引导雷射沿着沟槽切割以从基板形成独立的封装。图3B是绘示前视图210以进一步说明夹具中的沟槽(窄的白色垂直线)。较佳地,沟槽具有大约1至3厘米的深度及大于或等于1毫米的宽度。
图4A是绘示夹具的附加视图,包括在切割夹具的不同区域处截取的侧视图220及截面图230及240。图4B描绘真空孔洞的细节部分。
围绕导轨的条带(即,没有任何单元的条带的周边)能够通过夹具来支撑、以销子来定位、并通过真空保持就位。提供两个独立的真空管线,其中一个固定在条带导轨上且另一个固定在单元上。沟槽围绕每个单元并切割入金属夹具,每个深度为1cm-3cm(较佳约2cm或更大)及最小宽度(单元切割切口宽度+Xmm)。其中X值取决于每个单元的宽度及长度的尺寸,至少(大于或等于)0.5mm(较佳地为1mm)。沟槽设计以在切割期间激光束得以穿透并用以收集切割所产生的碎屑。在每个条带切割之后,能够以高压空气清洁沟槽。真空孔洞能够具有诸如圆形(用于方形单元)或椭圆形(用于矩形单元)的形状。
在切单期间,水或其他流体能够用于冷却基板。图5是绘示底板,且于其上可以安装切割夹具。冷水循环通过底板以冷却切割夹具及附着的基板。箭头表示水流经过一系列管子或管道的方向。
切割夹具能够完全封闭在切割腔室内。切割产生的碎屑及烟雾能够经由位于腔室侧面及底部的多重排气口排出。此外,在腔室顶部的吹气器能够被导向已经积聚或沉积在腔室内部的机械部件上的碎屑。这允许了从腔室的底部排出碎屑。氮气、二氧化碳或压缩空气能够用于此目的。可以放置喷嘴使压缩空气平行对齐雷射切割区域。这有助于冷却切割区域并清除碎屑,使雷射与主体材料接触时的火花最小化。
雷射
两种类型的雷射头设计中的一种能够用于切单。一种设计类型是经由振镜扫描仪产生的激光束。聚焦透镜用于允许激光束垂直穿透到基板的表面。根据光束功率强度及其在待切割基板上的分布,聚焦透镜可以是传统的聚焦透镜、F-θ聚焦透镜或远心透镜(telecentric lens)。对于一般的切单应用,F-θ焦距镜头足以用于100mm×100mm或更小的扫描场。该方法允许激光束在不同的速度及雷射参数下以多重通过的组合来成形基板。在替代例中,切割喷嘴可与压缩气体(N2/CO2)或空气一起使用。这允许了在高速下的单次通过的单位切单。
在较佳的方法中,本发明使用雷射进行切割,因为它成本低,需要的维护免费/最少,并且满足切割工艺的其他标准。然而,切割方法应包括得以有效地生产具有高质量边缘的基材的努力。
为了优化基板的边缘品质,应最小化周边加热。这意味着将所传送的超过材料的剥蚀阈值的总雷射功率的比例最大化。一种达成的方法是使用具有短脉冲宽度(duration)雷射,并且是具有快速上升时间的脉冲。每个脉冲产生的热量很小并且在下一个脉冲来到之前有时间得以消散热量。在这样的考虑下,较佳地是脉冲雷射而不是连续波(CW)雷射。脉冲雷射可以是奈秒(ns)雷射、近红外雷射(例如Nd:YAG雷射或光纤雷射)或具有10-200瓦的脉冲宽度可调的奈秒近红外雷射(例如脉冲宽度从1ns到500ns)。雷射能够应用于多线及多层工艺。
切单工艺可以使用雷射软化剥蚀技术以去除材料。需要针对切单的确切需求优化多个雷射参数以达到高边缘质量。该参数包括激光脉冲宽度(duration)、脉冲率(pulsingrate)、驻留时间、雷射功率、模态质量及切割速度。能够以周期性参数调变改善切单工艺。高重复率的「清洁通过」可以改善切口抛光(kerf finish)。
考虑到对周围热效应的限制,激光脉冲的空间性限制可以与时间性限制同样重要。使用能够聚焦至小的高强度光点而不是一个漫射场的激光束是极为重要的。通过设计雷射以产生横向电磁单模输出(TEM00)来获得这样的光点,其中该光束具有圆形横截面,其功率峰值在中心处。如雷射的一般性规则,随着功率的增加,越难维持高模态质量。然而,切单可能需要相对高的功率水平以提供得以与机械切锯竞争的速度及成本效益。因此,必须仔细设计雷射,以输出高功率水平的TEM00模态。
也可以使用具高脉冲重复频率的雷射。这使得横过材料的激光束得以快速扫描而不产生虚线切割。对于封装切单,低于10kHz的重复频率将限制工艺速度。因此,较佳地是使用具有高于10kHz的脉冲重复频率的雷射来切单。
原则上,雷射可以穿过整个封装切割,即使是对于总厚度1mm的单个切割。但达到此目的所需的驻留时间会造成不利的热效应(即粗糙的燃烧边缘)。可以通过使用多重的连续切割来切割以获得更好的结果。举例而言,对于1mm厚的封装或更高厚度的封装(例如厚度1.2mm),为了提供高产量及边缘质量的优化组合,多重通过可以是非常合适的。
制作实例
与有机基板栅格数组(OLGA)附接的插入物的切单
图6A是绘示用于与有机基板栅格数组(OLGA)附接的插入物的条带封装的雷射切单示例。使用100奈秒脉冲近红外光纤雷射将树脂铸模(即基板)切单成封装。如上所述使用雷射的多重扫描。在该实例中,使用三次扫描(即线)。每次扫描则产生更平滑、更完整的切单道315,直到基板被分成个别的封装。
第一阶段的扫描以16W的功率、300mm/s的速度及150KHz的频率进行。切单结果如图6B所示。沿着切单道315形成直的、干净的凹槽。第二阶段则以28W的功率、500mm/s的速度及150KHz的频率进行。切单结果如图6C所示。在第二阶段中,则产生了一定的切割深度而没有边缘燃烧。
第三阶段则以68W的功率、750mm/s的速度及150KHz的频率进行。切单结果如图6D所示。沿着切单道315形成了直的、干净的凹槽。第四阶段则以45W的功率、750mm/s的速度及200KHz的频率进行。切单结果如图6E所示。完成了最后的切单步骤,基板被分成较小的封装,如图6F所示。其显示封装的底部视图620以及封装的顶部视图625。
图6G描绘在切单之后的个别封装的边缘。芯片具有干净的顶部表面以及干净且笔直的侧壁。
雷射的选择
雷射应是可靠、具成本效益并且足以满足切割工艺。所使用的是脉冲雷射而不是CW雷射。举例而言,可以使用具有10-200瓦的奈秒近红外光纤雷射或脉冲宽度可调的奈秒近红外光纤雷射。也可以使用其他类型的雷射,例如Nd:YAG雷射。
切单工艺
雷射软化剥蚀可在多线以及多层工艺中使用。周期性参数调变可以改善工艺的速度及封装的质量。此外,高重复速率的「清洁通过」可以改善切口抛光。
虽然已经以特定实施例及应用来描述本发明,然在概括及详细的形式中,这不意旨这些描述以任何方式限制其范围于任何该些实施例及应用中,并且将理解的是,在不违背本发明的精神的情况下,被本领域中具有通常知识者在所描述的实施例、本文所示的方法及系统的应用及细节以及它们的操作的许多替换、改变及变化可以进行。
Claims (15)
1.一种由雷射剥蚀工艺来切割聚合物树脂化合物成封装的系统,其包含:
一缓冲站;
一雷射;以及
一夹具,用来夹持该聚合物树脂化合物;
其中该雷射沿着嵌入该夹具的沟槽切割,以及
其中该夹具经过具有一系列内部管道的底板循环的液体来冷却。
2.根据权利要求1所述的系统,其中该沟槽具有近似1到3公分的深度以及大于或等于1毫米的宽度。
3.根据权利要求1所述的系统,其中该沟槽具有大于或等于0.5mm的宽度。
4.根据权利要求1所述的系统,其中真空压力使得该聚合物树脂化合物被该夹具夹住。
5.根据权利要求1所述的系统,其中该雷射是具有等于或大于10kHz的重复频率的脉冲雷射。
6.根据权利要求1所述的系统,其中该缓冲站包含一加热单元。
7.根据权利要求1所述的系统,其中该缓冲站包含一气体喷射器,其以快速冷却气体快速冷却被加热的该聚合物树脂化合物,以保留该聚合物树脂化合物在预热后所取得的形状。
8.根据权利要求1所述的系统,其中一压缩空气源或一气体源迫使压缩的空气或气体在该雷射方向上流动。
9.一种由雷射剥蚀工艺来切割聚合物树脂化合物成封装的方法,其包含:
装载该聚合物树脂化合物到一切割夹具上;
启动真空以固定该聚合物树脂化合物到该切割夹具;
启动一脉冲雷射以沿着嵌入在该切割夹具内的一系列沟槽来切割该聚合物树脂化合物;以及
循环一液体,该液体通过该切割夹具的底板,以冷却该聚合物树脂化合物。
10.根据权利要求9所述的方法,其包含在装载该聚合物树脂化合物到该切割夹具上之前在一缓冲站预热该聚合物树脂化合物的附加步骤。
11.根据权利要求9所述的方法,其包含在预热该聚合物树脂化合物之后以及在装载该聚合物树脂化合物到该切割夹具上之前注入快速冷却气体以快速冷却被加热的该聚合物树脂化合物,以保留预热后所取得的形状的附加步骤。
12.根据权利要求9所述的方法,其包含在该雷射的方向喷射加压的空气或气体,以冷却被该雷射剥蚀的区域的附加步骤。
13.根据权利要求9所述的方法,其包含在该雷射的方向喷射加压的空气或气体,以移除碎屑的附加步骤。
14.根据权利要求9所述的方法,其包含沿着该切割夹具的边缘经过一或多个排气口排出碎屑及/或烟雾的附加步骤。
15.根据权利要求9所述的方法,其包含从该切割夹具移除该封装以及转移该封装到一清洁站的附加步骤。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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