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解决方案
封测系统
薄小芯片的挑片分选方案


芯片分选:

芯片分选(Die Sorting)是芯片封装过程中一个关键但被易忽视的步骤。传统封装中芯片分选一般在晶圆切割之后。而在WLP中,则可能在芯片封装之后进行分选。

导入Fab工艺情况和电性测试数据后,挑片机(芯片分选机)使用机械装置从carrier(wafer/tray)上取下目标Die,进行检查。将Die放置在各种载体上,如载带、华夫盒、JEDEC托盘、Gel-Pak或钢圈蓝膜等。


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三五族半导体材料:

一般来说,不同于硅材料器件多用于存储和逻辑方面,三五族半导体材料如GaAs、InSb、GaN等多用于光电集成器件及功率器件制造。

以三五族材料为衬底制备的晶圆一般在6寸以下,普遍具有厚度薄,脆性大的特点,被戏称为“薄脆饼”。有些晶圆单个Die的尺寸非常小,Die尺寸在0.5mm以下的6寸晶圆上可以分布超过8万个芯片。且芯片上可能存在空气桥等不可接触的结构,对这样的器件进行挑片分选需要考虑很多方面的因素。

 

挑片分选实施方法:

Die Sorting本质上是一个对目标芯片的转移过程,挑片机(Sorter)对划切后wafer进行挑片的过程可以简述为:ejector顶起芯片→attach head吸取芯片→head移动至目标位置→将芯片放置于target carrier上。

那么接下来以一个样例探讨三五族薄小芯片在挑片过程中需要考虑的因素以及对应的方案。

640.webp.jpg(厚度0.05mm)


上图为某一6寸三五族材料晶圆上Die的尺寸规格,挑片方式为wafer to tray,将划切后钢圈蓝膜(或子母环)上的芯片挑到Gel-Pak上,过程及方案如下:

 

1.顶起芯片

考虑因素:三五族材料芯片一般厚度比较薄,可能在50μm及以下,本身又比较脆弱, 常规的ejector顶针顶起芯片时可能会碎片。其次芯片尺寸比较小,顶起目标芯片时需要考虑到是否会顶到周边的芯片。

方案:设备的ejector装置需要针对薄小芯片进行定制,在顶针形状直径以及顶起高度上进行特别设计。易捷测试(GBIT)还提供了独家的空气顶针方案(air eject module),通过空气而不是金属顶针的方式,将芯片在蓝膜上顶起的同时避免硬接触,对于超薄芯片有极佳的保护效果


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2.吸取芯片:

考虑因素:首先是同样的问题,真空attach head在吸取薄小芯片时,力度过大可能会导致芯片破损,力度太小则会无法取出芯片。而具有空气桥结构的芯片存在禁止接触区域,进一步加大了吸取的难度。

方案:attach head需要具备真空力度调整功能,同时需要配备定制吸嘴。易捷测试(GBIT)为此提供高平面度槽式结构吸嘴,尺寸及结构与芯片进行定制化适配。同时设备取片时attach head通过图像识别进行高精度定位,包括XY定位及高度定位,从而能够在平稳、快速地吸取芯片的同时,不对芯片带来二次污染或损伤。 

 

3.转移芯片:

考虑因素:尽管取片时通过图像进行了识别,但是如果需要进行背面检查或者进一步的正面检查,则需要在转移过程中完成。同时转移过程需要尽可能的平稳、高定位精度。

方案:如果只需要进行背面检查,则可以在转移区域下方放置相机,在芯片挑选移动的过程中拍摄芯片背面图像并进行对比检查。如果需要做正面光检,则需要添加AOI(自动光学检查)装置。包括上置的镜组相机和放置芯片的stage(放置平台)。同时移动芯片的动作进行相应更改:attach head取出芯片后,移动至stage放置芯片,进行AOI之后再次吸取芯片移动至target carrier。易捷测试(GBIT)提供定制化芯片检查方案option,可同时兼容背检和正面检查,并通过图像识别进行二次定位。Attach head移动通过直线电机驱动,运动平稳且定位精度高。易捷测试(GBIT)还提供双head配置,两个attach head进行分步挑片,能够有效提高挑片速度。


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4.放置芯片:

考虑因素:除了放置位置的精度,放置时还需要考虑到放置压力可能会压坏芯片,还存在芯片粘连在吸嘴上没有抛下的情况。

方案:放置时attach head的放置压力需要在软件中可调整,放置时真空吸嘴不能有残余真空或者与芯片粘连。易捷测试(GBIT)为此提供专用的attach head unit,不仅放置压力(0~150gf)和抛片高度可调,还具备防振动结构,放片时更加平稳精准。


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挑片设备整体考量:

除了以上的过程因素,对于设备的整体方案也需要进行考量。首先是硬指标,设备的挑片精度,挑片速度等技术规格,以及自身的防震和防尘能力。易捷测试(GBIT)的芯片分选机(以AP1800I为例)具备专业的防震结构设计,采用无尘材料并具备防尘能力。


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最后是设备的挑片方式和上下料方式,其实这点在制定方案时应该放到一开始就进行考虑。不过因为这不是三五族薄小芯片挑片的制约因素,所以我们放到最后说明。

无论是wafer to tray、wafer to wafer,tray to tray或者tray to wafer,易捷测试都可以提供对应配置,能够满足同时进行四种方式的挑片。三五族薄小芯片常用的挑片方式是wafer to tray,将划切后的wafer从蓝膜上挑至载盒中。以此为例,设备的上下料方式其实和常规情况不同。

大批量快速挑片设备称为全自动挑片机或全自动芯片分选机,具备自动上下料机构,wafer由机械手从cassette中放置于wafer stage上,挑片结束后,载盒会被自动放置于magazine中,全程无需人工参与。小批次多种类的挑片一般使用半自动挑片机,这类设备需要手动将钢圈蓝膜放置于stage,挑片过程自动,结束后需要手动将tray盘取下。

而三五族材料薄小芯片的挑片特点是单wafer上有大量芯片,可达10万以上,而Gel-Pak等载盒一般只能放置数百颗或数千颗芯片,所以存在进料少,出料大的情况。对于此类芯片而言,间隔时间很长的上料动作完全可以由操作人员手动完成,而比较频繁的下料动作则由设备自动完成。针对这种情况,易捷测试提供定制的半自动化上下料方案,即手动上料、自动下料的方式。这种方式可以在保证设备UPH的同时降低可观的设备成本,非常适用于小芯片的挑片。

 

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特征与优势


SORTER 的参考参数


项目

规格参数

Wafer size

8/12inch

Die size

0.3x0.3mm~20x20mm

Placement accuracy

≤±0.025mm

Angle accuracy

≤ ±0.5°

Sorting speed

≤ 1.5s/chip at 2x2mm Die

Tray capacity

2[inch] 8 sets,4[inch] 2 sets

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应用领域
三五族薄小芯片挑片芯片分选GaAs、InSb、GaN等光电集成器件,功率器件


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