金刚石刀轮滚压脆断单晶硅和蓝宝石的实验研究

集成电路芯片快速分割是半导体器件制造的关键工艺。通常采用固定的单点金刚石刀刃划线切断,但其过程会产生不规则裂纹,损害芯片电路。因此,针对单晶硅与蓝宝石两种芯片材料,采用直径为2.5 mm的金刚石刀轮进行滚压脆断加工实验,分析不同加工工艺下的应力分布,探究刀轮几何形状和工艺参数对不同材料的裂纹扩展和滚压脆断质量的影响。结果表明:刀轮刃端处集中的张应力引起微裂纹的产生与扩展,在滚压方向上逐渐形成微切痕,导致最后的脆断,但也会产生横向裂纹,使脆断边缘破碎。在合适的张应力下,边沿破碎低至约1μm,脆断面质量较高。此外,若芯片材料硬度和断裂韧度大,可选择较小的刀轮角度和较大的滚压压力。当单晶硅滚压压力为0.015 MPa,刃端接触处的张应力在100 MPa左右,蓝宝石的滚压压力为0.095 MPa,张应力在350 MPa左右时,滚压脆断后的断面裂纹扩展相对均匀,断面质量最优。最后实验显示,具有微锯齿结构的金刚石刀轮切割集成电路芯片的边沿质量较好。

芯片材料表面微纳流道的金刚石滚压成型实验研究

在微流控芯片中,微流体自驱动受限于微纳流道制造技术。因此,提出一种采用分布有锯齿状微尖端的金刚石刀轮滚压硬脆性芯片材料表面的微纳流道加工方法。通过实验研究,分析微纳流道成型机理,且研究工艺参数及材料性质的作用机制,并探究其自驱动微流变性能。结果表明:在一定的切深和气压下,刀轮微尖端处的材料接触面产生应力集中,当达到压痕间裂纹贯通值时,以远大于刀轮滚压速度在材料表面形成纳米流道,当超过材料强度极限时形成微米流道,且深宽比随着最大应力增大而增大。单晶碳化硅、蓝宝石和光学玻璃形成纳米流道的最大应力范围分别为266~750 MPa,256~600 MPa和74~150 MPa,其中,光学玻璃的纳米流道深宽比高达1.1,表面粗糙度低至1 nm。低硬度材料可生成高深宽比的纳米流道,而高断裂韧性的材料表面质量最高。此外,纳米流道能够以高至0.055 mm/s的速度和低至0.001μm^(3)/s的剂量自驱动微流体。