分享半导体划片刀片的原理、特点及刀片磨损原因知识！

晶圆锯主要由电铸镍基结合剂、金刚石/类金刚石等硬质颗粒组成。切削时，主轴带动刀片高速旋转以获得高刚性，从而去除材料实现切削。由于刀片有一定的厚度，因此要求划线宽度较大。金刚石划线刀能达到的最小切割线宽为25~35um。切割不同材质和厚度的晶圆需要更换不同的刀具。在旋转砂轮划片过程中，需要用去离子水冷却刀片，并带走切割后产生的硅渣碎片。今天【科准测控】小编就来详细介绍一下半导体集成电路划片刀知识！

半导体划片刀示意图

一、划片刀的结构特点

划片刀片表面粗糙、有粘性，有凸起的硬质颗粒和切削刃，如图2-15所示。对于普通工具，刀尖表面光滑，刀刃锋利，刀尖与水平面夹角较大；而划片刀的刀尖表面粗糙，刀刃近似矩形，与水平面的夹角接近0°，如图2-16所示。

2、高速旋转

普通刀具利用锋利的刀尖对物体表面施加集中应力，可以直接将物体劈开进行切割。划线刀与普通刀不同。由于其结构和材料特性，划片刀在静态或低速旋转时无法实现切割。它必须高速旋转以获得高刚度，这样才能以压碎和去除材料的形式实现切割（见图2.17）。通过这种方式进行切割

根据公式，金刚石刀片以3000~/min的高速切割晶圆划片槽。同时，承载晶圆的切割台沿刀片与晶圆接触点的切线方向以一定速度直线移动，切割晶圆时产生的硅片被去离子水冲走。水。

3.刀口

刃磨后在刀片上形成刀刃。它由沿刀向的硬质颗粒和结合剂端部与结合剂端部之间的细沟或空腔组成（见图2-18）。它根据刀片公式而变化。切削刃具有排屑和冷却的功能，切削刃的存在保持了刀片的切削能力。

表2-3给出了三种切割刀刀片的材料参数，包括刀片的磨料粒径、浓度和结合强度。图2-19显示了基于镍基粘合剂的金刚石切割刀刃的扫描电子显微镜（SEM）图像。

4. 划片刀切割机构

划片刀的切割机构如图2-20所示。

1. 影响

在切割硅等硬脆材料时，刀片依靠高速旋转，使金刚石等硬质颗粒以高频率撞击晶圆，在表面形成微裂纹。破碎后，用切削刃带走碎片。

2.刮擦

切削韧性金属材料时，刀口不断地刮削物体表面，使表面粗糙，刮掉，清除碎屑。

硬质颗粒的冲击和刀刃的刮擦使材料从物体表面剥离，同时刀刃可以及时清除碎片。两者共同作用，使物体表面的材料不断剥离，从而达到切割的效果。

要去除尽可能少的材料，请使用尽可能薄的切丁刀。但如果切割刀片太薄，在切割过程中就容易变形，导致加工质量差，甚至损坏工件。切割硅片时刀片凸边长度与硅片厚度的关系如表2-4所示。

5、刀片及线宽

划线宽度是指使用划片刀切割晶圆所需的线的宽度。它是划片工艺的特征尺寸，代表划片工艺的技术水平。影响线宽的因素主要有以下三个：

1) 刀片厚度。

2）芯片尺寸。

3）扩展尺寸。

划线工具与划线宽度的关系如图2-21所示。划线宽度与主要因素的关系如下：

W=t刀片+2W碎屑+2W膨胀

式中，W为划线宽度；为刀尺；为崩角尺寸；是毛刺扩展区域的尺寸。

6、刀片磨损

根据刀片切割运动形式（高速旋转、水平进给）和工作环境（去离子水和添加剂），刀片主要受以下影响：

1) 机械应力、法向压力和切向压力以及切屑摩擦。

2）热应力，因摩擦而温升而产生的热应力。

3）化学腐蚀、切削水pH（pH值）与化学物质反应。

正常情况下，刀片连续切削，主要考虑机械应力引起的磨损。划片刀片的组成、结构特点、运动方式和工作环境决定了刀片磨损主要分为硬质颗粒断裂和粘结剂磨损两种模式。

1. 休息

在硬质颗粒的长期冲击下，部分颗粒会破裂磨损，如图2-22所示。

2. 磨损

切割时，包裹在硬质颗粒周围的结合剂会因磨损而变得越来越少。当结合剂减少到一定程度，不再足以承受切削物体和切屑的力时刀刀切割，坚硬的颗粒就会自然脱落（见图2-23），露出新的颗粒，形成新的刃口。

可以说，刀片磨损的同时，也是一个再生的过程。硬质颗粒的断裂可以在断裂表面形成一些锐角，使刀片能够继续保持锋利状态。坚硬的颗粒会自然脱落，露出新的颗粒并形成新的切削刃。通过参数保持刀片与工件之间适当的磨损，可以使刀片保持相对稳定的切削力。

研究表明，划线过程中刀具的磨损可分为两个阶段。首先是过渡阶段。切割距离在0～300m之间，划线缝宽度、刀具磨损率和表面粗糙度迅速增加。二是稳定阶段。当切割距离在300～2000m之间时，刀具磨损率缓慢增大，划线缝宽度和表面粗糙度缓慢减小。这是因为，在过渡阶段，金刚石和刀片之间结合较少的砂粒首先脱落，留下空腔，从而增加工具表面粗糙度并导致更大的切屑尺寸。在稳定阶段，大部分砂粒均匀地嵌入结合剂中，因此磨损均匀。因此，刀片的粗糙度趋于稳定。这两个阶段的划片机制是不同的。在过渡阶段，金刚石磨粒的冲击和摩擦力主导切割。在稳定阶段，晶圆通过金刚石摩擦力进行切割。图2-24至图2-26分别示出了划线缝宽度与刀具磨损率、刀具表面粗糙度和切削距离之间的关系。

以上就是小编分享的关于半导体集成电路划片刀片的科普知识，包括划片刀片的原理和特点、划片刀片的切割机理、刀片磨损的原因等等，非常详细！如果您对半导体集成电路、芯片、推拉力测试机等有任何疑问，欢迎私信或留言给我们。科准测控技术团队免费为您解答！更多精彩内容下期再见！