TW578230B - Cutting device for separating individual laminated chip assemblies from a strip thereof, method of separation and a method of making the cutting device - Google Patents

Description

(-1) (-1) 578230 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明係關於一種從一長帶狀晶片組的該裝置中分開 疊層晶片組的切割裝置，分離方法及該切割裝置的製造方 法。更特定言之，本發明係關於用來切割，晶粒切割，切 片，及切斷使用在電子工業之元件的切割裝置。 發明内容 在電子工業中，會需要一種切割設備以便使用。該種切 割操作之例子為一般來說電子工業，而特定言之是電腦工 業的晶粒切割，切片，及切斷，這些涉及到矽晶圓以及由 一鋁鈦碳化物複合物所製成所謂的圓盤之製造或加工。同 樣廣為人知的，矽晶圓加工做為積體電路同時鋁鈦碳化物 圓盤被利用來製造浮動薄膜磁頭以寫入（記錄）及讀取（讀 出）磁性儲存在電腦中的貧料。 積體電路一般是組合成一個黏著在一印刷電路板上的 封裝。有許多種類型的積體電路封裝，四方平面封裝（QFP) ，陶瓷針型柵格陣列（PGA)，及球格列陣（BGA)和四方平 面無鉛（QFN)封裝。 QFP封裝包括一金屬鉛框，其具有多個從中心的芯片踏 板延伸之單獨的鉛。該芯片踏板支撐該積體電路。該積體 電路有一些銲盤，其線路連接到單獨的鉛。該積體電路及 一部份的毅框是包在射出成型塑膠外罩中。

PGA封裝具有多個從圍住一積體電路的外套所延伸出 的插針。封裝的插針黏附在一外面的印刷電路板。PGA 578230 (〇) 發明說明續頁 封裝外罩一般是由一陶瓷原料，或塑膠/印刷 ，其可產生相對高的插針密度。 BGA封裝具有多個附在基板上之錫球。該基 瓷或印刷電路板製造。BGA晶片使用在非記憶 處理器及快閃記憶體單元。 QFN封裝在一較厚導體層（通常為銅）上包 路，且可應用在記憶體應用中。在以下說明内 係參考日本專利公告JP-2001-53033號及JP-2001 柔軟材料（諸如銅）之層疊體並不容易整齊 會在晶片之邊緣上產生髒污及毛邊。由於晶片 銅所構成，因此該等不整齊邊緣將會妨礙到與 接觸。若晶片連接器並未具有正確型式，則必 品剔除，而這將會不良率升高，進而增加製 QFN總成具有一較厚銅層，以增進熱傳導率， 難整齊切開的晶片總成類型。 在電子工業中，已有使用磨輪來作為切割工 專利第53 13742號中已揭露利用磨輪來切割矽 鈦鋁壓輪，此案内容在此援引為本案之參考。 態是，用以執行此一切割之刃片應儘可能較為 且扁平，因為刃片愈薄且愈扁平，則產生的切 ，且該刃片愈剛硬，則切口會較平直。然而， 相互衝突的，因為刃片愈薄，則其愈不可能、1 切割刃片基本上係由研磨顆粒及一將研磨 適當形狀之結合劑所構成。 電路板建造 板可以由陶 裝置，例如 含一印刷電 I容中，吾人 -77129號。 地切開而不 連接器係由 晶片之電氣 須將此不良 造成本。一 而這亦是最 -具。在美國 晶圓及碳化 最理想的狀 剛硬且較薄 除廢料愈少 這些特性係 變得剛硬。 顆粒保持成 578230 (i) 發明說明讀頁 已知有使用單體磨輪，且這些磨輪通常群集在一旋軸上 。在該群集中之各別磨輪彼此藉由分隔件而軸向隔開。傳 統上，各別磨輪具有一由磨輪旋軸孔至其周邊之相同的軸 向尺寸。雖然相當薄，但這些磨輪之軸向尺寸係大於為了 提供充份堅硬度以達到良好切割精密度所需之尺寸。然而 ，為了將廢料保持在可接受的範圍内，必須減少磨輪之厚 度。而這將會使磨輪之剛硬度降低至比理想狀態還差。 本發明之一目的係要提供一種切割工具，其可用以分離 層疊之晶片總成，尤其係具有較厚銅層（例如，200-400微 米厚度）之QFN總成。一典型的QFN總成具有1200微米之厚 度，其中該銅層之厚度為220微米。 本發明之另一目的係提供一種分離層疊晶片總成之方 法，尤其係具有較厚銅層之層疊晶片總成。 本發明又一目的係要提供一種製造一可使用於上述方 法之切割工具的方法。 根據本發明之一方向，提供了一磨輪以使用在藉由切斷 一個將其連接的橋接元件而和其他分離成一個四面平整 ，無鉛，積體電路封裝，每一個封裝因此包括了在一保護 主體中的一印刷電路板，磨輪包括了 一個由研磨物料製成 的盤狀物，該研磨物料含有結合在一包括固化亞醯胺樹脂 及金屬粒子之基質上的研磨粒子，該盤狀物形成具有最大 厚度為350微米的等級之刃口 ，其中該切口實質上為平整 的並且實質上沒有污跡和毛邊。 根據本發明的另一方向，提供了切割儀器以使用在藉由 578230 (2) 發明說明續頁 切斷一個將其連接的橋接元件而和其他分離成一個四面 平整，無鉛，積體電路封裝，該儀器包含多個磨輪，每一 個磨輪包括了由研磨物料製成的盤狀物，該研磨物料含有 結合在一包括固化亞醯胺樹脂及金屬粒子之基質上的研 磨粒子製成的，該盤狀物形成具有最大厚度為350微米之 等級的刃口，該磨輪平行地架在一共同軸上，其中當軸旋 轉時，可以產生和橋接元件上平行的切口。 又根據本發明的另一方向，提供了 一種藉由切斷一個連 接鄰近封裝的金屬橋接元件而和其他分離成一個四面平 整，無鉛，積體電路封裝的方法，每一個封裝因此包括在 一保護主體中的一印刷電路板，該方法包括將一磨輪轉動 以切斷一橋接元件，該輪具有最大厚度為350微米之等級 的刃口並且由在基質中結合的研磨粒子形成，該基質包括 固化聚醯亞胺樹脂，及金屬粒子，其中該切口實質上為平 整的並且很少或沒有污跡或毛邊形成在切口表面。 又根據本發明的另一方向，提供了 一種藉由切斷一個連 接封裝到另一封裝的金屬橋接元件而和其他分離成一四 面平整，無鉛，積體電路封裝的方法，每一個封裝包含在 一保護主體中的一印刷電路板，該方法包括旋轉一具有刃 口的磨輪以切斷一橋接元件，該刃口有一 350微米的等級 之最大厚度並由留在一硬化樹脂的基質中之研磨粒子形 成，該硬化樹脂包括金屬粒子並且具有高玻璃轉移溫度， 其中該切口為實質上平整的並且切口表面實質上是沒有 污跡及毛邊。 578230 (3) 發明說明續頁

又根據本發明的另一方向，提供了 一種製造具有適合切 斷一個連接二積體電路封裝的橋接元件並且留下一實質 上平整及實質上沒有污跡和毛邊的切口之磨輪的方法，該 方法包括將一包含有研磨粒子，金屬粒子及一聚酸亞胺樹 脂的複合物進行溫度及壓力處理以使得有高玻璃轉移溫 度之基質的形成，該基質包含該研磨粒子及該金屬粒子而 一起、熔接在基質中，在一模具中成形以形成可做成具有最 大厚度為350等級的刃緣之環形物。 實施方式

該切割裝置為一磨輪，其包含研磨物料的粒子。在選擇 研磨顆粒的一主要考量為該研磨物質應比欲切割物料更 硬。通常該薄磨輪的研磨顆粒會選自非常硬的物質，因為 這些輪一般是用來磨#極硬的物質，例如ί呂鈦碳化物。使 用在本發明中的代表性硬磨料物質為所謂的超研磨物，如 金剛石和立方氮化硼，及其他硬研磨物如碳化矽，熔凝氧 化鋁，微晶體氧化鋁，氮化矽，碳化硼和碳化鎢。這些磨 料的至少二種之混合物也可以使用。金剛石較佳。 研磨顆粒的粒子大小應該在約44到約126微米的範圍中 ，並且較佳地為約7 5到約126微米。一般使用在本發明中 的金剛石研磨顆粒具有150 grit (-140/+170 U.S.篩孔）的粒子 大小分布。 該基質是由一固化聚醯亞胺樹或其他具有相似性質的 樹脂組成。聚醯亞胺最好是粉狀芳族聚醯亞胺。較佳的為 那些由4,4’ -氧化二苯胺和3,3’4’4-二苯甲酮四甲酸二酐反 -10 - 578230 (4) 發明說明續頁 應而形成的。反應物的一較佳比例為115莫耳份的苯胺比 上100份的酐。該種基質在硬化後會有一高玻璃轉移溫度 值。在上下文中，我們參考美國專利第3650715號和4142870 號，其揭示的全文内容在此援引為本案之參考。 最好，基質包括了金屬粒子，其在磨輪製造過程中一起 熔接在基質中。較佳地，該金屬粒子為銅或錫或是兩者。 其他適當的金屬為鎳，始，鐵，鋅，銻，鉻和銦。較佳地 ，該粒子為形成枝狀或是板狀。 該磨輪子包含5到40 vol.%的研磨粒子，10到‘50 vol.%，較 佳地25到40 vol·%的金屬粒子，及20到50 vol.%，較佳地30到 45vol.%的樹脂。選擇研磨粒子，樹脂和金屬填料以便加到 以輪（或盤）的體積計為100%。一較佳磨輪包含32.7體積％的 金屬粒子，36.1體積％的樹脂及31.2體積％的磨料顆粒。 其他的物質也可以出現，限制為其不干擾切割設備的操 作。例如，可以有有機化合物以幫助混合及鑄型。 磨輪基本上可以由一所謂的"冷壓'’或’’熱壓”型式的固 化方法製作。在一冷壓方法中，一摻合成分進入到所要形 狀的模具中並且在室溫下應用一高壓以獲得一緊密但易 碎的已鑄模物品。通常高壓力為大於約5 tons/sq.inch。接著 ，壓力被釋放並且將該已鑄模物品從該模具中移開然後 加熱到固化溫度。加熱固化通常是在當已鑄模物品受壓到 較該前固化步驟的壓力更低之壓力時進行，即，少於100 MPa，並且較佳地為少於50 MPa。在此低壓固化時，該已 鑄模物品，一薄磨輪，可有利地放置於一模具中及/或夾 578230 (5) 發明說明續頁 在有充份壓力以維持平面的碟子之間。 在一熱壓方法中，一摻合微粒子結合複合物成分放入到 模具中，該模具一般由鋼製成，加熱並且如同在冷壓中受 壓到高壓。然而，在固化溫度時是維持高壓，藉此可達到 壓緊同時是在受壓下進行。

磨輪方法的起始步驟涉及到將成分裝入到一成形的模 具中。元件可以是以單獨的磨料顆粒，金屬成分的組成粒 子及強化硬度金屬成分的組成粒子之一均勻摻合物的形 式加入。此均勻摻合物可以藉由使用任何在技藝中已知的 適當機械摻合儀器，以先選定比例去摻合顆粒及粒子之混 合物而形成。做為說明的混合設備可以包括雙錐滚筒，雙 殼V型滾筒，螺旋帶式混合機，固定外殼/内部轉動混合器。

一旦該均勻摻合物準備好，其可以送入到一適當模具中 。在一較佳的熱壓方法中，該模具内含物可以利用外部所 應用的機械壓力，在400-500°C溫度下受壓到約345-690 MPa 。在該模内含物到達加壓溫度後，施壓維持大約10-20分鐘 ，在壓力釋放及加熱到固化溫度後，將該模具及該模具内 含物冷卻。 根據本發明，較佳的研磨工具為一 1 A 8型的磨輪。因此 ，通常模具的形狀為一薄盤狀物。該模具通常是在相鄰盤 之間以一鋼片分開而垂直堆放。一實心的盤狀模具也可以 使用，在該情況下，固化後，可以移開盤的中央部分以形 成軸孔。另外，一環形模可以使用來，在原位置形成該軸 孔。由於需丟棄該固化盤狀物中央部分的大量研磨物料， -12- 578230 (6) 發明說明續頁 後者技術可防止浪費。該產物以一般方法加工，如精密研 磨以得到，± 12.7的尺寸公差，較佳地厚度為2.5微米。

如在圖示中所示，一帶狀或線狀的QFN封裝Ql，Q2，Q3 ，Q4等是由銅橋接元素1結合在一起。一般橋接元素為200 到400微米厚。該封裝已經在已知方法·中利用步驟，如晶 圓切割，黏晶，銲線，塑料成形，錫鉛凸塊處理並且已可 由本發明的方法進行切斷。每個封裝由在一樹脂鑄模化合 物上的銅薄片之夾層結構所組成。該封裝可以蝕刻或是不

蝕刻。同時相對地容易將一蝕刻封裝切片，因為銅的含量 非常低，而要將未蝕刻封裝切片則更困難。此發明可以輕 易地將兩種型式的封裝都切片。如所示，QFN封裝由在一 樹脂模制化合物上的銅薄片之夾層結構所組成。該模化合 物具有銅鉛埋於其中，其在切斷方法期間和模制化合物及 銅基質一起切片。該銅鉛彼此非常接近並且任何沿著切割 方向之銅的污跡有可能導致鉛和鄰近的鉛之電短路。相似 地，銅鉛的毛邊，實事上是銅在相對於污跡的一垂直方向 上銅的塑性變形，也可導致短路。 封裝是一起封閉的，而且在鄰近封裝間欲切斷的距離 ’’d” 一般測量為350微米。因此切入元素的切口應平行並且 準確，以避免污跡及毛邊是很重要的。 切割工具1 0包含一列黏附在一同共旋轉軸1 1上之磨輪 W 1，W2，W3，W4。在相鄰輪間的内徑3旁邊則有一隔離 裝置1 2。在軸1的每個末端有一螺帽4以將輪子結合在一起 。每個輪子則有測量少於350微米厚度的平直刃口 5，較佳 -13 - 578230 發明說明續頁 地為大約300微米厚。 在使用上，切割工具以每一輪和橋接元素配合也應用到 帶狀晶片上。因為每個磨輪具有300微米厚的刃口 ，其可 進入在相鄰封裝間的距離ndn。軸10以14000 sfpm的速度旋轉 並且以約30 mm/sec向前移動。該輪可乾淨倒落地切割，通 常留下平行垂直的壁緣，具有幾乎沒有或沒有污跡或毛邊。 為了本發明可以被充分地了解，現在將以參考下面實例 的說明方式敘述： 實例1 一具有外徑3忖（7.62 cm)和内徑1.57忖（3.98 cm)的磨輪在一 模具中製作，以下列各成分在高溫度及壓力下使得聚醯亞 胺樹脂在一高轉移溫度下形成並且將銅粒子熔接到和該 硬化樹脂緊密結和的分離相。該模具為圓形並且由鋼製造 ，而且包含外部模板，以及具有一個該輪内徑的中心軸銷。 成分 内含物g 金剛石粒子 RVGW S60(60)重 量％鎳金屬（塗料）(GE超磨料 物，Worthington Ohio, USA)筛孔 -140/+170) 2.41 由4,4’-氧化二苯胺和3,3’4f4-二 苯甲酮四甲酸二酐反應形成的 未固化聚醯亞胺樹脂（G.P. Resin Dupont，Wilmington，Delaware ，USA) 0. 74 枝晶銅 4.28 總量 7.43 氧被抽出並且模具在1 5噸的一負載下加熱到400°C而且保 578230 (8) 發明說明績頁 持在405-415°C中大約20分鐘的時間以形成直徑3吋（7.62 cm) ， 並且具有一 40 mm内徑的磨輪。該輪為300微米厚並且在加 工後具有平行側邊。 - 將該輪加工以提供一切割刀片，具有300微米（± 2.5微米） - 的厚度。該輪黏附在一旋轉軸或主軸以形成一切割裝置以 切斷QNF封裝。 該輪用於切斷，即，將單獨晶片從一四方平面無鉛（’’QFNn) 類型的層疊晶片配件中切片。 修

實例II 一根據實例I的磨輪使用在切斷測試中。該輪外徑7.62 cm ，300微米厚及内徑約為40 mm。該輪以18000 rpm的主軸轉速 旋轉並且用來切割一黏附在一真空疊塊上的蝕刻過QFN 帶狀晶片。進料速率為75 mm/s。由5列組成的三十個帶狀 晶片’每一個均在測試中被切割。品質極佳’毛邊及污跡 為最小。碎裂沒有發生。 實例III · 在一評估中，下列的結果是在所指示的入料速率及和主 軸旋轉速度下獲得。 入料速率（mm/s) 主體旋轉速度（RPM) 毛邊長度（微米） 10 18.000 32.6 10 20.000 25.7 30 18.000 27.2 磨輪上的輪半徑損耗在下面表示： -15 - 578230 (ίο) 4 螺帽 1 軸 5 刃口 發明說明續頁

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Claims (1)

1. 578230 第092102226號專利申請案93 5 中文申請專利範圍替換本(93年1月） 拾、申請專利範圍 1 · 一種磨輪，其用以將四方扁平，無引線之積體電路封裝 彼此分離，其係藉由將一連接該等積體電路封裝之橋接 元件加以切斷而分離之，每一個封裝包括一位在一保護 主體中的印刷電路板，磨輪包括一由研磨物料製成的盤 狀物，該研磨物料包含結合在一包括固化亞醯胺樹脂及 金屬粒子之基質中的研磨粒子，該盤狀物形成具有最大 厚度約為350微米之刃口，藉此使該切口實質上為平整 的並且實質上沒有污跡和毛邊。 2 .根據申請專利範圍第1項的磨輪，其中該盤狀物具有300 微米±12.7微米的厚度。 3. 根據申請專利範圍第2項的磨輪，其中該樹脂係由4,4、 氧化二苯胺和3,3f，4，4’-二苯甲酮四甲酸二酐反應而形成。 4. 根據申請專利範圍第1項的磨輪，其中該金屬粒子一起 熔接在基質中。 5 .根據申請專利範圍第4項的磨輪，其中該金屬粒子係選 自銅，錫，鎳，姑，鐵，鋅，銦，|弟，鉻之其中一者或 多者。 6. 根據申請專利範圍第1項的磨輪，其中該研磨粒子為天 然或合成金剛石或CBN。 7. 根據申請專利範圍第1項的磨輪，其中該輪包括一具有 中心孔穴以安裝在一旋轉軸的盤狀物。 8 · —種切割裝置，其用以將四方扁平，無引線之積體電路 封裝彼此分離，其係藉由將一連接該等積體電路封裝之 578230 申請專利範圍續頁 橋接元件加以切斷而分離之，該裝置包含多個磨輪，每 一個磨輪包括一由研磨物料製成的盤狀物，該研磨物料 包含結合在一包括固化亞醯胺樹脂及金屬粒子之基質 中的研磨粒子，該盤狀物形成一具有最大厚度約為350 微米之刃口，該等磨輪平行地架在一共同軸上，其中當 軸旋轉時，可以產生和橋接元件上平行的切口，藉此使 該切口實質上為平整的並且實質上沒有污跡和毛邊。 9. 一種藉由切斷一個連接相鄰封裝的金屬橋接元件而將 四方扁平無引線之積體電路封裝彼此分離的方法，每一 個封裝包括在一保護主體中的一印刷電路板，該方法包 括將一磨輪轉動以切斷一橋接元件，該輪具有最大厚度 約為350微米之刃口並且由結合在基質中的研磨粒子所 形成，該基質包括固化聚醯亞胺樹脂及金屬粒子，藉此 使該切口實質上為平整的並且很少或沒有污跡或毛邊 形成在切口表面。 10. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中該樹脂係由4,4、 氧化二苯胺和3,3’，4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐反應而形成。 11. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中該金屬粒子一起 熔接在基質中。 12. 根據申請專利範圍第11項的方法，其中該金屬粒子係選 自銅，錫，鎳，始，鐵，鋅，鉻，錄，銦，銘，及鈦所 組成之群。 13. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中該輪以約11，000 到約17,300 rpm表面英尺/分鐘而旋轉。 578230 申請專利範圍續頁 14. 根據申請專利範圍第13項的方法，其中該輪是以15,708 rpm表面英尺/分鐘而旋轉。 15. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中該橋接元素為一 200到400微米厚的銅層。 16. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中在該相鄰封裝間 的距離為350微米。 17. —種藉由切斷一個將一封裝連接到另一封裝的金屬橋 接元件而將四方扁平無引線之積體電路封裝彼此分離 的方法，每一個封裝包含一位在一保護主體中的印刷電 路板，該方法包括旋轉一具有刃口的磨輪以切斷一橋接 元件，該刃口有一約為350微米之最大厚度並由内含在 一硬化樹脂的基質中之研磨粒子所形成，藉此使該切口 為實質上平整的並且切口表面實質上是沒有污跡及毛 邊。 18. 根據申請專利範·圍第17項的方法，其中該刃口具有300 微米±12.7微米的厚度。 19. 根據申請專利範圍第17項的方法，其中該樹脂係由4,4f-氧化二苯胺和3,3、4,4f-二苯甲酮四甲酸二酐反應而形成。 20. 根據申請專利範圍第17項的方法，其中該金屬粒子係選 自由銅，錫，鎳，始，鐵，鋅，鉻，銦，及録所組成之 群。 21. 根據申請專利範圍第17項的方法，其中該輪以約14，137 表面英尺/分鐘旋轉及入料速率為從約18到約30 mm/s。 22. 根據申請專利範圍第21項的方法，其中該輪以15,708表 578230 申請專利範圍續頁 面英尺/分鐘旋轉。 23. 根據申請專利範圍第17項的方法，其中該橋接元素由銅 製成。 24. 根據申請專利範圍第23項的方法，其中該橋接元素具有 從200到400微米的厚度。 25. 根據申請專利範圍第17項的方法，其中在相鄰封裝間的 距離為350微米。 26. —種製造磨輪之方法，其中該磨輪具有適合切斷一個連 接二積體電路封裝的橋接元件並且留下一實質上平整 及實質上沒有污跡和毛邊的切口，該方法包括將一包含 有研磨粒子，金屬粒子及一聚醯亞胺樹脂的複合物在一 模具中進行溫度及壓力處理，以形成一具有高玻璃轉移 溫度之基質，該基質包含一起熔接在基質中之研磨粒子 及金屬粒子，且其中該模具之形狀設計成可以形成一具 有最大厚度約為350微米的刃口之環形物。 27. 根據申.請專利範圍第26項的方法，其中該樹脂係由4,4’-氧化二苯胺和3,3、4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐反應而形成。 28. 根據申請專利範圍第26項的方法，其中該金屬粒子係選 自銅，錫，鎳，姑，鐵，鋅，鉻，銻，銦，紹，及鈦所 組成之群。 29. 根據申請專利範圍第26項的磨輪，其中該研磨粒子為天 然或合成金剛石或CBN。