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GB/T1397-1993微机电系统晶片切割方法激光不可见切削
发稿时间:2020-05-23 10:54:02   来源:网络

微机电系统(MEMS)是一个由微机械结构、微传感器、微执行器和控制电路组成的微机械系统.MEMS是一种通过半导体技术实现不同能量形式之间转换的芯片。根据能量转换的不同形式,一般分为传感器和执行器两类。传感器可以感知外部信号并将其转换为所需的信号(通常是电信号)进行处理,其应用是:惯性传感器、硅麦克风等。该执行器将控制信号(一般是电信号)转换为其它形式的能量(一般是机械能)输出,其应用主要有:光学系统、Rfmems等。

MEMS的制造主要采用Si材料,与IC不同的是IC是电信号的传输、转换和处理,MEMS则是电信号与其他形式能量(典型的机械能)之间的转换。因此,在MEMS制造中,常常需要利用半导体技术来制造复杂的机械结构,如悬梁、薄膜、腔体、密封孔、针尖、微弹簧等。这些微机械结构容易被机械接触破坏和暴露污染,能够承受的机械强度远小于IC芯片。基于这一特点,MEMS晶片的切片方法与典型集成电路的切片方法不同。典型的IC砂轮是通过砂轮的高速旋转来完成材料的去除,从而实现切屑的切割。由于叶片的高速旋转,往往需要用纯水冷却和冲洗,因此叶片高速旋转产生的压力和扭矩、纯水洗涤产生的冲击力和切割硅屑造成的污染,容易对MEMS芯片的机械组织造成不可逆转的破坏。因此,典型集成电路的砂轮切片不适用于MEMS晶片切片。

图1玻璃激光隐形切割示意图

作为激光切割晶片的一种方案,激光隐身切割避免了砂轮切割的问题。如图所示。1、激光隐身切割是通过对脉冲激光的单个脉冲进行光学整形,使其通过材料的表面聚焦,而聚焦区域的能量密度较高,形成多光子吸收的非线性吸收效应,从而使材料形成裂纹。在每个激光脉冲的等距作用下,可以通过形成等距损伤在材料中形成改性层。在改性层的位置,材料的分子键被破坏,材料的连接变得脆弱,易于分离。切割完成后,通过拉伸轴承膜将产品完全分离,并产生芯片与芯片之间的间隙。这种加工方法避免了机械直接接触和纯水清洗造成的损坏。目前,激光隐身切割技术可用于蓝宝石/玻璃/硅和各种复合半导体晶片。

硅材料的透射光谱如图2所示。硅材料具有较高的红外透过率,因此硅的不可见切削设备通过选择短脉冲红外激光器实现不可见切削,将激光脉冲聚焦到硅基片上。激光不可见切削是一种非接触切削,它解决了砂轮切割中引入外力冲击而造成的产品损伤问题。然而,普通设备激光隐身切割形成的改性层面积会使材料变脆,或少量的细硅碎片下降,虽然碎片的数量远远少于砂轮切割,但正如前面提到的那样,MEMS晶片不能通过清洗方法去除,因此这些碎片会对芯片造成损坏,并影响良好的切割率。由德龙激光生产的硅片激光切割设备如图3所示。选用自制的红外激光器和自行研制的激光加工系统,实现硅片的不可见切削。该设备能很好地控制看不见切割后产生的碎屑,满足高质量MEMS硅片切割的要求,保证了切割的成品率。自德龙激光硅片激光切割设备引进市场以来,得到了国内许多大批量生产客户的认可和好评。该设备已在多个MEMS制造厂批量切割硅麦克风/电热反应器/陀螺仪等MEMS产品。物理切割效果图如图4所示。

资料来源:Delon激光器