[發明專利]基于IC封裝器件切割用層壓金屬基金剛石鋸刀及制造方法

有效

• 申請號: 201610286616.9
• 申請日: 2016-05-03
• 公開（公告）號: CN105798307B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 南俊馬;劉高寧;黃江波;湯驥暤
• 申請（專利權）人: 西安點石超硬材料發展有限公司
• 主分類號: B22F3/14
• 分類號: B22F3/14;B22F7/02;B23D65/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

【技術領域】

本發明屬于金屬基復合材料制備技術，用于超硬材料工具及制品制造行業，特別涉及當今高端封裝IC器件切割用的一種超薄金屬基金剛石鋸刀產品及其制備方法.

【背景技術】

當今半導體產業以球柵陣列BGA(Ball Grid Array)和方形扁平無引腳QFN(Quad Flat No-lead)封裝技術作為實施IC(Integrated Circuit)表面貼裝器件/芯片制造的關鍵工藝措施已取得迅猛發展，迄今已占據著主導地位。但要使這些IC封裝器件能在終端電子產品上獲得應用，就必須對其進行單體化分割加工，這已成為一道從封裝走向測試必不可少的作業工序。鋸式切割是目前執行此工序廣泛使用的方法，而金剛石鋸刀產品在其中有著不可替代的作用。

就BGA和QFN封裝器件而言，因其本身結構如已獲授權專利ZL200910021517.8、ZL201010199650.5、ZL201010199811.0及US 13/703,348中所述有很大不同，故在切割時使用的金剛石鋸刀的構成也有明顯不同。從現今的應用情況看，BGA封裝體大多在真空吸附方式下主要用金屬基鋸刀切割，而QFN封裝體則大多在藍膜粘貼方式下普遍用樹脂基鋸刀切割，且分別在相應的專用設備上進行，因之對應的實際切割工況條件也大不相同。金屬基鋸刀在主軸轉速25-35Krpm下，工件進給速度通常用150-200mm/min，最新研究應用可提高到400-450mm/min，有效切割長度達8Km以上；而樹脂基鋸刀在主軸轉速35-45Krpm下，進給速度僅為30-50mm/min，有效切割長度不足2Km。兩相比較前者在切割效率和切割壽命上顯著優于后者。也許有鑒于此，業內至今尚未見過用樹脂基鋸刀切割BGA器件的先例，但嘗試用金屬基鋸刀切割QFN芯片的努力從未放棄。上述后三個授權專利在此方面已取得突破性的應用。

相對于QFN封裝的IC芯片，BGA封裝的應用量大面廣，不僅形式多樣、類別繁多，而且結構復雜、規格多變，技術實施難度日趨增高，一定程度上預示出作為主流封測技術的未來走勢。業界正是藉此共識，著力促進BGA封裝技術提升并不斷朝著尺寸小、重量輕、高密度、多功能及高性能方向發展，目的就是要增強參與市場的核心競爭力。伴隨IC芯片體積越來越小和重量越來越輕的要求，無疑對精細切割技術提出挑戰，也將成為不容回避的一項重要研究任務。

就金屬基鋸刀在切割過程的表現看，目前存在的主要問題有三方面：

首先是刃部凸型形貌或子彈頭形狀的形成與加劇，從而導致切斷面線性傾斜，引起上下尺寸差異，甚至出現無底U型切縫，產生唇緣效應而形成異形切斷面(如圖1所示)。這些均不同程度改變了芯片的尺寸大小或外形特征，勢必也將影響到在線切割質量。發生這種現象起因于鋸刀徑向與兩側磨損的不同步，通常表現為隨切割長度延長，徑向消耗太慢而引起兩側過度磨損，進而促使切割刃部形狀異常變化。對于具有均一組分和性態的復合材料鋸刀，這是一種必然的失效行為，鋸刀生產商能做的只是控制在失效之前直到滿足預期的最佳切割效果為止。

其次是鋸刀消耗太快，雖保證了切割質量，但卻造成使用壽命嚴重不足，不利于生產成本降低。主要歸因于金屬胎體或對金剛石磨粒把持不牢，致使過早脫落而失去切割功能，或自身力學性能欠缺，容許與金剛石磨粒出露的磨損匹配失衡。

再則是切割質量隨切割米數增長呈下降趨勢，出現切邊豁口、切縫變窄或切斷面拉毛乃至泛白等現象，導致芯片邊緣殘缺、尺寸變大，或斷面平整度下降。在安全使用壽命范圍內滿足切割質量，這是基本要求，通常均能達到。倘若出未達要求的狀況，可能與鋸刀內部夾雜超大金剛石顆粒、兩側磨損過快或鋒利度不足有關。

精細切割如此看重鋸刀產品質量的重要性，主要源于它在整個IC器件制程中占據著末端工序。一旦鋸刀內在質量出現反復，將難以維持穩定的切割質量，勢必造成無法挽回的直接損失，輕則對數萬顆芯片的良率提出質疑，逐一排查雖不失為一種補救辦法，但不為制程規范所接受；重則因芯片加工質量失控而報廢，此前的一系列工藝實施將付諸東流，此后的性能測試與終端應用也將化為烏有。可見鋸刀在切割過程中的行為表現，將決定著每顆芯片制造工序的延續性和功能實現的可行性。

【發明內容】

鑒于以上技術問題，本發明提供了一種基于IC封裝器件切割用層壓金屬基金剛石鋸刀及制造方法，通過表層的有效強化和芯層的適度弱化，構建疊層結構具有強弱搭配的差異化組態，以期獲得各層同步磨損的效果。

本發明采用以下技術方案：