半導體陶瓷基板外形切割主要分為激光切割與水刀切割，它們在切割原理、特點、優(yōu)缺點等方面存在一些區(qū)別。下面就讓我們來詳細了解一下這兩種切割方法的區(qū)別。

一、激光切割

1.激光切割的原理

激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、氣化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。

斯利通陶瓷基板激光切割

2.激光切割的分類

1）氣化切割

激光氣化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料（如紙、布、木材、塑料和橡皮等）的切割。

2）熔化切割

激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金等。

3）氧氣切割

激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。

4）劃片與控制斷裂

激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器。

控制斷裂是利用激光刻槽時所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。

二、水刀切割

劃片刀(Wafer Saw)主要由電鑄鎳基結(jié)合劑、金剛石/類金剛石等硬質(zhì)顆粒組成。切割時由主軸帶動刀片高速旋轉(zhuǎn)獲得高剛性，從而去除材料實現(xiàn)切割。由于刀片具有一定的厚度，要求劃片線寬較大。金剛石劃片刀能夠達到的最小切割線寬為25~35um。切割不同材質(zhì)、厚度的晶圓，需要更換不同的刀具。在旋轉(zhuǎn)砂輪式劃片過程中，需要采用去離子水對刀片進行冷卻，并帶走切割后產(chǎn)生的硅渣碎屑。

斯利通陶瓷電路板水刀切割

1、劃片刀結(jié)構(gòu)特點

劃片刀表面粗粘，有凸起的硬質(zhì)顆粒和刀口，劃片刀的刀尖表面粗糙，刃部近似矩形，與水平面的夾角日接近0°，

而普通刀具，刀尖表面較為光滑，刃部尖銳，刀尖與水平面的夾角 較大;

2、高速轉(zhuǎn)動

普通刀具利用鋒銳尖端在物體表面施加集中應(yīng)力,可直接分裂物體進行切割。劃片刀與普通刀具不同。因為本身結(jié)構(gòu)、材質(zhì)特性,在靜態(tài)或低速轉(zhuǎn)動時,劃片刀無法實現(xiàn)切割,必須高速旋轉(zhuǎn)獲得高剛度,從而以碾碎去除材料的形式實現(xiàn)切割(見下圖)。在這種切割方式下，金剛石刀片以3000~40000r/min的高轉(zhuǎn)速切割晶圓劃片槽。同時，承載著晶圓的丁作臺以一定的速度沿刀片與晶圓接觸點的切線方向呈直線運動，切割晶圓產(chǎn)生的硅屑被去離子水沖走。

3、刀口

刀口是經(jīng)磨刀后在刃部形成的，由順刀方向硬質(zhì)顆粒及其與結(jié)合劑尾端間的細微凹槽或空洞組成，其根據(jù)刀片配方不同而變化。刀口具有排屑和冷卻的作用，刀口的存在使刀片切割能力得以維持。

4、劃片刀切割機理

1.撞擊

切割硅等硬脆性材料時，刀片依靠高速旋轉(zhuǎn)使金剛石等硬質(zhì)顆粒高頻撞擊晶圓，在表面形成微裂紋，壓碎后利用刀口將碎屑帶走。

2.刮除

切割延展性金屬材料時，刀口持續(xù)刮擦物體表面，將表面拉毛，刮除，并將碎屑排除。

硬質(zhì)顆粒的撞擊和刀口的刮擦使材料能夠從物體表面剝離，同時刀口能夠?qū)⑺樾技皶r排除。這兩者協(xié)同作用以保持物體表面材料被持續(xù)剝離，達到切割的效果。

3、刀片磨損

基于刀片切割運動形式（高速旋轉(zhuǎn)、水平進給）及工作環(huán)境（去離子水及添加劑），刀片主要受以下作用影響：

1）機械應(yīng)力，法向、切向壓力及切屑的摩擦力。

2）熱應(yīng)力，摩擦導致的溫升熱應(yīng)力。

3）化學腐蝕，切割水酸堿度（pH值）及化學物質(zhì)反應(yīng)。

在一般情況下刀片連續(xù)切割，主要考慮機械應(yīng)力導致的磨損。劃片刀的組成、結(jié)構(gòu)特點、運動模式和工作環(huán)境，決定刀片磨損主要為硬質(zhì)顆粒斷裂和結(jié)合劑磨耗兩種模式。

三、優(yōu)缺點對比

陶瓷基板激光切割與水刀切割的對比

審核編輯 黃宇