揭秘半导体封装划切设备的奥秘——《封装划切设备的应用案例酷游九州 九州酷游 APP
7月29日，由半导体垂直领域产业媒体「芯榜」主办，亚太芯谷科技研究院、芯多多、智前沿芯创平台协办的“封测产业合作共赢沙龙”在北京成功举办。 本次沙龙我们在行业分享部分邀请到了三位优秀企业代表，从产业角度解析封测行业技术迭代以及解决方案。 其中一位嘉宾即是来自国内知名划片机企业——沈阳和研科技有限公司的售前经理王晓亮。 王经理在此次分享中，主要围绕封装划切设备的几个专业问题与大家进行了深入探讨。 下文是芯榜就王晓亮经理演讲内容的归纳整理，与大家分享。
首先，我们来看一下什么是半导体封装？ 封装的作用是什么？ 以及封装的工序是怎样的？ 简要的来说，芯片在划切完成之后，单颗的芯片是比较脆弱的，我们需要对它进行一个物理保护。 正如图片上呈现的，我们在封装过程中，可以把芯片固定在一个框架上，通过引线将芯片上的接点与封装体的触点连接，之后再进行塑封，这就完成了一个封装的流程。
下面这张图片展示的是一个传统封装生产流程的主要工序，在传统封装生产工序中的 “划片”和“切割”这两部分是需要用到切割设备的，我接下来就从这两方面给大家简单描述一下切割设备的具体应用。
第一个是 X轴的直线度。 我们知道划切设备正常作业是切割直线，但设备切割出来的直线精准度实际上是会有一定波动的，为了保证精准度，我们需要控制直线度的误差，即这个直线精准度波动的最大值到最小值的差值。 一般这个误差是要控制在3μm以内，甚至一些要求比较高的应用场景下误差需要控制在2μm以内。
第二个是 Y轴的定位精度。 X轴直线度是保证切直线，Y轴的定位主要是指从一个街区到另一个街区的过程，它的精度直接决定了这个街区的切割有没有出现偏差。 因此，Y轴的定位精度也是非常重要的，其中包含了单步的定位精度和全程的定位精度。 单步的定位精度比较好理解，是指每一步的误差； 全程的定位精度是指，在操作人员不干预的情况下，完成整体切割作业的误差。 这两方面的精度保证都很重要。
第三个是 Z轴的精度。 Z轴的精度主要是重复定位精度。 Z轴的定位精度和第四个因素测高精度以及第五个因素工作盘精度，三者应该结合在一起讨论，因为这三方面都会对切割深度产生较大影响。 关于技术原理这里就暂不做更细致的拆解了。
以上五个因素的把控，国内的设备厂商在 X轴和Y轴的定位精度方面已经可以做到跟国际一流厂商基本相同水平，但在切割深度方面，即Z轴定位精度、测高精度、工作盘精度三个因素融合在一起的把控、即对切深的几个影响因素的把控上，国内厂商对比国外厂商还有一定差距。
晶圆划片除了需要保证高精度外，还需要保证高品质，我归纳了 6个保证高品质晶圆划片的影响因素：
关于主轴的垂直，我们可以想象一下，机器切割的时候正常是直上直下切割，如果未能直上直下而是带有一定角度会对切割出来的产品产生影响，例如可能会出现封边变大等产品质量不良的表现。 所以主轴是否垂直，是保证晶圆划片品质的一个主要影响因素。
同样主轴水平也是一个道理，因为砂轮切割是通过击碎芯片表面，然后去除粉尘、达到切割的目的，如果主轴水平不好，作业时击碎的面积就会变大，可能会导致一些产品质量的不良。
轴心的跳动也是类似，在切割过程中、旋转的时候，轴心如果出现一些不稳定的情况，也会导致一些切割的封边、刀口变宽等不良。
在切割过程中，除了需要保证机械上的精度外，对刀片的冷却也是非常需要去关注的。 刀片在切割过程中可能会出现磨损、控力度不足等情况。 喷水罩就起到了一个至关重要的作用，他可以把刀片上的一些残渣带走，并给刀片降温。 此外，晶圆表面的一些脏污处理，也都是靠喷水罩来完成的。
要保证高品质，优质的工艺是不可或缺的。 在工九州酷游 九州酷游ku 体育艺方面，我们需要考虑的有转速、进刀速度、刀片型号、切深的选择等因素，以保证可以达到一个最佳的切割效果。
我们可以通过芯片尺寸的误差以及引脚的误差，来判断设备的制程能力。 目前就板材切割这块，国内厂商和国际的一流厂商已基本没有差距。
制程能力的保证主要依靠软件算法，有下面几个例子。 比如多片定位，即对于多个加工物，将其位置分别登记到系统中，可实现多个加工物同盘对准与切割。 关于对准功能，有最小二乘法，即针对板材由于翘曲、导致切割道不是一条直线，我们就需要在这一条切割道上找很多个Mark点，去来拟合出一条最佳的直线； 还有T角平分法，为了提升效率，切割板材常使用的是双轴设备，双轴设备需共用一个T轴，不能保证两个九州酷游 九州酷游ku 体育轴都是最佳的高度，所以需要使用一个T角平分的方式，来保证每个轴的切割偏差不会太大； 再有就是动态步进法，由于板材的产品特点，它的每一条料的步进都不会完全一样，所以在设备进行对准的过程中，它会自动计算步进的量、作出调整，这是切割板材在算法上一个比较难的点。
关于效率的保证就需要通过软硬件结合的方式去实现。 如下图所示，在切割板材和切割晶圆上，都需要关注下面的因素以保证高效率。
第一个是轴间响应逻辑，即X轴、Y轴、Z轴什么时候开始动、什么时候开始抬起、什么时候开始落下、以及响应的时间； 第二个是识别能力，我们抓取Mark点时、它的响应速度，以及刀痕检测的响应速度； 第三个是搬运耗费的时间； 第四个是轴运动的时间； 第五个是测高耗时。
以上 5个因素的能力保证有些依靠硬件或软件就可以、有些则需要软硬件协调配合。 关于搬运耗费的时间和轴运动的时间主要依靠硬件就可以解决； 但轴间响应逻辑和识别能力就是软件算法方面的问题； 测高耗时能力的保证则既依赖硬件也依赖软件。
如今，国产设备在轴间响应逻辑、识别能力还有测高耗时方面较比国外还是稍微有一些差距。
下图的切割分选一体机也可以提高作业效率，该设备属于专用设备、专门切割大尺寸的封装体，它是把切割、检测还有分选，三个工序放到一起，实现了效率上的提升以及人工成本的节约。
比如在封装这块，比较难的是3D封装，因为3D封装是一个超薄片，它的工序也有特点。 如下图3D封装有一个工序就是edge trimming，该工序需要的不是切直线，而是切一个圆的边缘，需要实现的是轴不动、T轴进行旋转切割。 这种情况它的作业实现难度就非常大了，对切割深度的要求非常高。 该领域的技术目前还是国外垄断的状况。
此外，先进应用中还有中控联网的应用。 现今，封测厂无人车间还比较少，但沈阳和研的划片机已经开始应用中控联网系统，为封测车间无人化的未来发展做好准备。
和研科技成立于 2011年，是一家专业从事半导体精密划切设备研发、生产、销售及服务的国家高新技术企业 。 创始团队成员最早自 1983年即加入研制半导体精密划片机的国家项目组从事划片机研发 。 目前，公司已形成 6英寸、8英寸和12英寸全自动精密划片机、JIGSAW全自动切割分选一体机等核心产品，广泛应用于集成电路、分立器件、光电器件、传感器、光通信器件、光学组件、医疗电子等多个领域的硬脆材料精密划切 。 现在，公司已有员工 400+ 人，在国产划片机市场份额占比超 60% 。 公司致力于成为国内领先、世界一流的精密砂轮划片机产品与服务供应商，打破国外半导体划切设备垄断。
