- MEMS开启划片技术新时代 湿式激光切割和干式激光切割介绍

2.2 干式激光切割

目前市场上有很多厂家生产很多不同功能的干式激光切割机，但实际上能应用到半导体划片的只有不可见激光切割技术（切割后Si片表面和背面都看不到切痕）。

这种激光划片技术运用多光子吸收的光学损伤现象——当聚焦在材料内部的激光强度迅速增强材料即被加工，从而在材料内部形成一个改质层，使材料由结构紧凑、结合紧密的不易于分断的整体改变成结合松散、易于分断的脆弱整体（如图3），然后通过扩张贴片膜，利用贴片膜扩展时的张力使每个芯片分开。

由于这种特殊波长和频率的激光作用到Si片上的能量只有几瓦甚至是毫瓦级，划片完成后，只是在Si片内部形成改质层，在表面和内部都没有熔融材料，用眼睛也几乎看不到刀痕。通常会采用红外线显微镜（IR Camera）来观察Si片的切割痕迹（如图4所示）。在红外显微镜下，通常改质层的宽度只有1～2μm，这为芯片制造商缩小划片道宽度，增加单位面积芯片数量以降低成本提供了较大的空间。目前应用的最小划道宽度只有20μm。

当Si材料被激光加工时，这种激光几乎没有热损伤，所以材料不需要冷却，整个划片过程都是在完全干燥的环境中进行。同时不产生熔融材料，所以材料表面完全没有沾污，这也很好地解决了MEMS怕沾污的问题。

这种激光切割方法可以实现很高的切割速度，且Si片越薄，效率越高。当Si片较薄时，较少的改质层（如图5）就可以分断芯片，而Si片较厚时，就需要在同一个截面、不同的位置增加更多的改质层来减少芯片间的连接力，使芯片易于分断（如图6）。所以这种划片方法是没有厚度限制的，每个改质层可以有相同的速度，这种速度可以达到300 mm／s以上，芯片厚度决定所需改质层的多少，改质层的多少决定划片的折合速度见表2。

激光加工完成后，由于材料基本上还是一个完整的整体，不能直接拿到抓片机上进行抓片，而必须经过一个扩片的过程，以使相临的芯片之间有合适的距离来满足抓片机的抓片要求。通常的扩片方法是扩片盘上升使贴片膜扩张，因为有改质层的部分结合比较松散，轻微的张力就能使其断开，所以随着帖片膜的扩张，芯片就被分开，分开后断面光滑整洁，没有崩边（如图5、6、7所示）。运用这种加工方式，芯片断面无微裂口和裂隙产生。试验表明，与刀片划片方法相比，芯片的机械强度要高出很多（如图8）。

因为此种划片方法是在非接触的、完全干燥的环境中进行，完全没有熔融材料，没有污染源，没有机械损伤，所以不需要构筑保护层，这即保持了MEMS产品的敏感度，提高了MEMS的品质，又简化了制造工艺，降低了生产成本。

3 结论

MEMS的应用越来越广泛，人们对MEMS尺寸、敏感度、品质提出了越来越高的要求，使得传统的划片方法越来越不能满足当前的需求，新的激光技术的应用，为MEMS划片开拓出一片崭新的前景，提高了MEMS划片的成品率，降低了MEMS的生产成本。不久的将来，不可见激光划片方法必将取代传统的划片方法成为MEMS划片的主流。