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什么是晶圆划片刀?一篇看懂它的类型、结构和工作原理

08/28 14:42
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一块 12 英寸晶圆上,密密麻麻排布着成千上万颗芯片。它们是如何从一张光亮的"圆饼",变成一颗颗独立封装的芯片的?

晶圆划片刀(Dicing Blade),是安装在划片机主轴上、以每分钟数万转高速旋转,沿晶圆表面预留的切割道(street)将晶圆分割成单颗芯片(die)的超薄金刚石砂轮。 它是半导体封测环节的关键耗材,其品质直接决定了晶圆切割的良率与产能。

这篇文章,我们把这件小东西讲透。

一、划片刀不是"刀",而是一片会磨的砂轮

很多人以为划片刀像水果刀一样靠刃口切开材料,其实不然。

划片刀的本质是一片极薄的金刚石砂轮:金刚石磨粒镶嵌在结合剂(树脂、金属或电镀层)中,高速旋转时,无数微小的磨粒对晶圆材料进行微细磨削,一层层"磨"出一条贯穿槽。这也是为什么行业内把这道工序叫"划片"(dicing)而不是"切割"——它更像微型铣削,而非利刃一挥。

在产业链上,划片位于封装环节:晶圆完成前道光刻、刻蚀等工序后,先减薄、贴膜,再上划片机分切成单颗 die,之后才进入装片、键合、塑封。换句话说,划片是芯片"出生"前的最后一道分离工序——切坏了,前面所有投入都打了水漂。

二、两大门类:轮毂型(硬刀)与无轮毂型(软刀)

按结构,划片刀分为两大门类,行话里分别叫"硬刀"和"软刀"。

轮毂型划片刀(硬刀),是把一圈金刚石环烧结在铝合金轮毂的外缘上。金属轮毂撑起了刀体的刚性,高速旋转时刀刃稳、跳动小,切割精度自然就高,因此它是晶圆划切的主力军:裸硅、背银硅片,砷化镓、钽酸锂/铌酸锂,乃至碳化硅等化合物半导体晶圆,用的都是它。前文那些以微米计的精细参数,说的基本就是这类刀。

无轮毂型划片刀(软刀)则干脆没有金属轮毂,整片皆是刀体。刚性不及硬刀,但胜在规格灵活、可做异型,结合剂的选择也更丰富,电镀、树脂、金属三类齐备。它对付的对象从晶圆换成了更厚、更硬、更脆的"粗活":氮化铝等陶瓷基板、QFN/DFN 封装体、光学玻璃、LED 灯珠、玻璃+硅双层键合片,都在它的射程之内。

若按结合剂细分,三类刀的"性格"各不相同:树脂刀自锐性好、切面光洁,适合精密切割;金属刀耐磨、把持力强,适合碳化硅这类硬茬;电镀刀可以做得很薄,常用于精微切割与开槽。

三、一刀下去,发生了什么?

划片现场远比想象中讲究。主轴转速通常高达每分钟数万转,刀片以每秒几毫米到几十毫米的进给速度划过晶圆;同时双路切割水(喷淋水+刀面水)持续降温冲渣,防止热损伤和碎屑堆积。

切割模式也分两种:single cut(单刀切)一刀到底,效率高;step cut(阶梯切)先用粗刀开槽、再用细刀切透,专门对付厚片和脆性材料,用来压制正、背面崩边(chipping)。

刀片用钝了,还需用磨刀板修整以恢复锋利与精度。可以说,刀、板、机、工艺,本就是一套咬合精密的系统,单看哪一个都不完整。

四、看不见的门槛:一致性与国产替代

划片刀虽是"耗材",门槛却不低:难点不在切好一刀,而在几万片刀的批量一致性——粒度分布、浓度均匀性、厚度公差都以微米计,任何波动都会在客户端演变成崩边与良率损失。因此头部厂商普遍用 SEM 电镜等设备全检,甚至以 DISCO 高端划片机模拟客户产线做"全切验证",把客户的验收标准当作出厂标准。

长期以来,全球划片刀市场由日本厂商主导,但国产替代正在提速:以江苏南通的卓进半导体为例,这家"专精特新"封装磨划耗材厂商,由中国泛半导体上市公司核心团队与世界龙头公司的核心技术人员联合创立,在千级无尘车间生产,并同步提供"减薄+背金+划片"的一站式磨划加工服务。在常规硅片、功率器件、化合物半导体等成熟场景,卓进半导体的划片刀已具备对标进口的实力。

卓进半导体

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卓进半导体深耕半导体划片刀细分领域,以匠心工艺锻造国产高精度切割利器。我们矢志攻克海外技术壁垒,终结进口产品长期主导格局,为中国半导体产业链自主安全筑牢根基。在国产化奋进征程中,我们笃行不怠、锐意突破,全力赋能中国“芯”产业高质量发展。

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