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MEMS晶圆切割方法—威廉希尔中文网隐形切割

发布时间:
2020-04-16 09:28:35
作者:
半导体事业部 何杰
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    MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)即微电子机械系统,一般由微机械结构、微传感器、微执行器和控制电路组成,MEMS是通过半导体工艺实现不同能量形式之间的转换的一种芯片。根据能量转换形式的不同,一般分为传感器和执行器两类,传感器即感测到外界信号并将其转换成所需的信号(一般是电信号)进行处理,应用有:惯性传感器、硅麦克风等;执行器即将控制信号(一般是电信号)转化为其他形式的能量(一般是机械能)输出,应用有:光学系统、RF MEMS等。

    MEMS的制造主要采用Si材料,它与IC的不同在于,IC是电信号的传输、转换及处理,而MEMS是电信号和其他形式能量间的转换(以机械能为典型),所以在MEMS制造中往往需要利用半导体工艺在Si上制作悬梁、薄膜、空腔、密封洞、针尖、微弹簧等复杂的机械结构,这些微机械结构容易因机械接触而损坏、因暴露而沾污,能承受的机械强度远远小于IC芯片。基于这样的特点,MEMS晶圆的划片方法不同于典型IC的划片。典型IC砂轮划片是通过砂轮刀片高速旋转来完成材料的去除,从而实现芯片切割。由于刀片的高速旋转,往往需要使用纯水进行冷却和冲洗,那么刀片高速旋转产生的压力和扭力,纯水的冲洗产生的冲击力以及切割下来的Si屑造成的污染都容易对MEMS芯片中机械微结构造成不可逆的破坏。所以典型IC的砂轮划片不适用MEMS晶圆的划片。
 


图1 威廉希尔中文网隐形切割在玻璃中的应用切割示意图


    威廉希尔中文网隐形切割作为威廉希尔中文网切割晶圆的一种方案,很好的避免了砂轮划片存在的问题。如图1所示,威廉希尔中文网隐形切割是通过将脉冲威廉希尔中文网的单个脉冲通过光学整形,让其透过材料表面在材料内部聚焦,在焦点区域能量密度较高,形成多光子吸收非线性吸收效应,使得材料改性形成裂纹。每一个威廉希尔中文网脉冲等距作用,形成等距的损伤即可在材料内部形成一个改质层。在改质层位置材料的分子键被破坏,材料的连接变的脆弱而易于分开。切割完成后通过拉伸承载膜的方式,将产品充分分开,并使得芯片与芯片之间产生间隙。这样的加工方式避免了机械的直接接触和纯水的冲洗造成的破坏。目前威廉希尔中文网隐形切割技术可应用于蓝宝石/玻璃/硅以及多种化合物半导体晶圆。

图2 硅材料透射光谱的特性


    硅材料透射光谱的特性,见图2,硅材料对红外透过率很高,所以硅的隐形切割设备,通过选用短脉冲红外威廉希尔中文网器,将威廉希尔中文网脉冲聚焦到硅衬底内部,实现隐形切割。威廉希尔中文网隐形切割是非接触式切割,解决了砂轮切割引入外力冲击对产品破坏的问题。不过一般设备的威廉希尔中文网隐形切割形成的改质层区域会使材料变得酥脆,还是会形成少量细小硅碎屑掉落,虽然碎屑数量远少于砂轮切割,如前文所述,MEMS晶圆因为无法通过清洗的方法去除细小硅碎屑,故这些碎屑将对芯片造成破坏,影响良率。德龙威廉希尔中文网生产的硅晶圆威廉希尔中文网切割设备,见图3,选用自制的红外威廉希尔中文网器和自主开发的威廉希尔中文网加工系统,实现硅晶圆的隐形切割,该设备能够很好的控制隐形切割后碎屑的产生,从而满足高品质MEMS晶圆切割的要求,保证切割良率。德龙威廉希尔中文网的硅晶圆威廉希尔中文网切割设备自推向市场后,得到了国内多家量产客户的认可和好评,设备在多个MEMS制造厂内批量切割诸如硅麦克风/电热堆/陀螺仪等MEMS产品。实物切割效果图见图4。


  
图3 德龙硅晶圆威廉希尔中文网切割设备外观图



                                

图4 MEMS产品切割效果图




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