一种芯片制造用的封装分割装置及其分割方法与流程

1.本发明属于芯片制造技术领域，具体涉及一种芯片制造用的封装分割装置及其分割方法。


背景技术：

2.qfn封装（即方形扁平无引脚封装）是芯片封装工艺中常见的封装方式之一，qfn封装具有体积小、重量轻，封装效率高，热性能好，电性能好等优势。
3.在qfn封装工艺中，切割工艺为关键步骤之一。qfn封装工艺前期是在整片方形基板上同时制作多个qfn芯片，则通过切割将单个qfn芯片分离。常见的切割方法为使用砂轮进行切割，具体为金刚石刀片以高度转速对芯片进行切割，同时载着芯片的工作台以一定的速度沿刀片与芯片接触点的切线方向呈直线运动，切割芯片产生的硅屑被去离子水冲走。
4.但随着技术的发展，芯片的厚度越来越薄，由于半导体材料的脆性，砂轮切割会对芯片的正面和背面产生机械应力，而高度的水流也会给芯片带来形变压力，对芯片的晶体内产生损伤。


技术实现要素：

5.发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种芯片制造用的封装分割装置及其分割方法。
6.技术方案：一种芯片制造用的封装分割装置，包括：视觉采集模块，被设置为获取待切割基板的当前边缘信息，芯片边缘信息以及基板上芯片的排布信息，生成当前图像信息；数据处理模块，其输入端连接于视觉采集模块的输出端；所述数据处理模块被设置为将接收到当前图像信息转化为当前数字化模型，基于所述当前数字化模型分析计算得出切割目标点，并基于所述切割目标点发出切割指令；切割机构，电连接于所述数据处理模块的输入端；切割机构接收到切割指令后以切割目标点为起始点按照预定走向进行切割，得到若干个单独的芯片和对应的子基板。
7.在进一步的实施例中，所述当前图像信息包括待切割基板边缘信息，芯片边缘信息以及芯片排布信息；所述芯片边缘信息包括显示芯片轮廓的关键点信息；所述关键点包括芯片的顶点以及芯片各边的中点；基于所述关键点信息形成关键点坐标信息，设定所述关键点坐标信息形成的区域为芯片单体区域；所述芯片排布信息包括i行芯片单体区域以及j列芯片单体区域。
8.一种采用如上述的芯片制造用的封装分割装置的分割方法，包括以下步骤：获取待切割基板的当前边缘信息，芯片边缘信息以及基板上芯片的排布信息，生成当前图像信息；基于所述当前图像信息构建当前数字化模型；
基于所述当前数字化模型分析计算得出切割目标点；基于所述切割目标点生成当前切割指令；基于所述当前切割指令以所述切割目标点为起始点按照预定走向执行当前切割；基于当前切割的结果将当前数字化模型中的部分元素转变为预定标记，得到新的数字化模型；调用所述切割目标点生成新的切割指令；基于新的切割指令执行新的切割。
9.在进一步的实施例中，基于所述芯片以及芯片排布信息构建所述当前数字化模型，所述芯片单体区域被设定为所述当前数字化模型中的元素，设定当前数字化模型为x，则x=；所述当前数字化模型x包括i行芯片单体区域和j列芯片单体区域，其中i，j为大于1的整数；为基板上第i行第j列的芯片或当前数字化模型 x中第i行第j列的元素。
10.在进一步的实施例中，基于所述当前数字化模型x，计算得到第i行任意两个相邻芯片单体区域、之间的距离，其中i，j为大于1的整数，并得到第i行所有相邻芯片单体区域之间的间距集合，；以及所有行中所有相邻芯片单体区域之间的间距集合，。
11.在进一步的实施例中，基于所述当前数字化模型x，计算得到第j列任意两个相邻芯片单体区域、之间的距离，其中i，j为大于1的整数，并得到第j列所有相邻芯片单体区域之间的间距集合，；以及所有列中所有相邻芯片单体区域之间的间距集合，。
12.在进一步的实施例中，设定列所在长度方向为竖向切割，竖向切割中切割目标点范围为，其中为竖向切割中切割目标点的误差阈值。
13.在进一步的实施例中，设定行所在长度方向为横向切割，横向切割中切割目标点范围为，其中为横向切割中切割目标点的误差阈值。
14.在进一步的实施例中，当前切割完成后，将成功分离后的芯片在当前数字化模型x对应的元素转化为预定标记，得到新的数字化模型o，调用所述切割目标点信息，重新生成切割指令对未成功分离的芯片进行再一次切割。
15.在进一步的实施例中，所述新的数字化模型o中所有元素全部转变为预定标记时，则表示切割分离完成。
16.有益效果：视觉采集模块获取待切割产品即基板以及基板上的芯片的当前图像信息；数据处理模块将接收到的待切割产品的当前图像信息转化为当前数字化模型，将狭小复杂的切割环境转化为可视数字化环境，提高了切割时的精准度；从当前数字化模型分析计算出切割目标点，从切割目标点中确定切割路径并发出切割指令；切割机构基于接收到的切割指令执行紫外激光切割作业，实现切割口窄，切割边缘整齐，芯片无机械变形，无芯
片背面崩边的现象，提高芯片的成品率。
附图说明
17.图1是本发明的工作流程图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
19.在qfn封装工艺中，常见的切割方法为使用砂轮进行切割，通过金刚石刀片的高度转动实现对芯片的切割，但随着芯片的发展，芯片的体积越来越小，厚度越来越薄，继续使用砂轮切割显然不妥，是因为半导体材料的脆性，砂轮切割会对芯片的正面和背面产生机械应力，芯片的晶体内部产生应用损伤，容易产生崩边现象，降低芯片的机械强度，初始的芯片边缘裂隙在后续的封装工艺中或在产品的使用中会进一步扩散，从而可能引起芯片断裂，导致电性能失效。
20.为此申请人提出了以下解决方案，本实施例公开了一种芯片制造用的封装分割装置，包括视觉采集模块、数据处理模块以及切割机构。视觉采集模块，至少包括多组工业摄像机，用于获取待切割基板的当前边缘信息以及基板上芯片的排布信息，生成当前图像信息；数据处理模块，至少包括计算机，其输入端连接于视觉采集模块的输出端；数据处理模块将接收到当前图像信息转化为当前数字化模型，基于当前数字化模型分析计算得出切割目标点，并基于切割目标点发出切割指令；切割机构，包括紫外激光切割设备；切割机构基电连接于数据处理模块的输入端；切割机构接收到切割指令后以切割目标点为起始点按照预定走向进行切割，得到若干个单独的芯片和对应的子基板。在本实施例中基板为方形，故预定走向为以切割目标点为点平行或垂直于基板的一边的方向。
21.在本实施例中采用紫外激光切割设备是因为紫外线的波长在0.4以下，并且聚焦点可小到亚微米数量级，使得紫外激光在划切时，紫外激光工艺的切割比其他技术更窄，因此在使用紫外激光切割后，芯片无背面崩边的现象，切割口窄，切割边缘整齐，芯片无机械变形，提高芯片的成品率。
22.所述当前图像信息包括待切割基板边缘信息，芯片边缘信息以及芯片排布信息；所述芯片边缘信息包括显示芯片轮廓的关键点信息；所述关键点包括芯片的顶点以及芯片各边的中点；基于所述关键点信息形成关键点坐标信息，设定所述关键点坐标信息形成的区域为芯片单体区域；所述芯片排布信息包括i行芯片单体区域以及j列芯片单体区域。
23.qfn封装是利用在整个方形基板上同时加工若干个qfn芯片，若干个qfn芯片均匀分布排列在一起，在加工完成的最后一步，是将方形基板上的若干个qfn芯片切割分离呈单个qfn芯片，单个qfn芯片的形状为方形。近几年的芯片发展，使得芯片的体积越来越小，使得各个芯片之间的间距也非常小，现有技术中精准地实现对芯片的切割难度比较大。
24.为了解决上述问题，在另一实施例中公开了一种芯片制造用的封装分割装置的分割方法包括以下步骤：获取待切割产品的当前图像信息；基于当前图像信息构建当前数字化模型；以待切割产品的原始图像信息作为构建当前数字模型的基础，更接近真实待切割产品信息，将狭小且复杂的切割环境信息转化为可视化可计算的数字化模型；
基于当前数字化模型分析计算得出切割目标点；基于切割目标点进行当前切割；基于数字化模型确定切割目标点，确定切割目标点后计算出当前切割路径并生成当前切割指令，基于当前切割指令执行当前切割；基于数字环境为切割分离过程带来了可操作性，从而实现了精准切割。
25.基于当前切割的结果将当前数字化模型中的部分元素转变为预定标记，得到新的数字化模型；调用所述切割目标点生成新的切割指令；基于新的切割指令执行新的切割。
26.现在的技术可将芯片的面积控制在100平方毫米以内，芯片的体积越小，将芯片切割分离的难度越增加；对基板上的芯片切割时，各相邻的芯片之间的间距也小，为了将单个芯片完成地切割出来，提高切割成品率，为此：在进一步的实施例中，待切割产品的当前图像信息包括基板边缘信息，芯片边缘信息以及芯片排布信息；芯片边缘信息包括显示芯片轮廓的关键点信息；关键点包括芯片的顶点以及芯片各边的中点；芯片排布信息即在基板上的位置信息；在一些工况下，芯片的形状若不是方形，为其他形状，芯片边缘信息至少包括芯片的关键点图像信息，关键点信息为能确定芯片形状轮廓的点集合。
27.通过多个工业摄像机对基板以及基板上的芯片进行多次拍摄，得出完整的待切割产品的图像信息，将图像信息从工业摄像机中的图像坐标系转换至与标定坐标系（标定坐标系为以基板所在平面建立的二维坐标系），通过计算得出在标定坐标系上基板轮廓上的关键点坐标，以及显示芯片轮廓的关键点坐标。计算方法为现有技术中视觉标定中的计算方法，在此不在赘述。
28.设定关键点坐标信息形成的区域或者说芯片轮廓数字信息为芯片单体区域；芯片单体区域为一个数字可视化的元素，通过芯片单体区域上的关键点坐标信息可计算出相邻芯片单体区域之间的距离。芯片排布信息包括i行芯片单体区域以及j列芯片单体区域，也即在基板上具有i行的芯片以及j列的芯片。
29.在进一步的实施例中，基于芯片以及芯片排布信息构建当前数字化模型，芯片单体区域被设定为当前数字化模型中的元素，设定当前数字化模型为x，则x=；当前数字化模型包括i行芯片单体区域和j列芯片单体区域，其中i，j为大于1的整数；为基板上第i行第j列的芯片或当前数字化模型为x中第i行第j列的元素。当前数字化模型x中每个元素在当前数字化模型x中位置关系将对应到基板上各个芯片的位置关系；换言之将基板上各个芯片信息转化数字可视化信息，每一个实际的芯片都在当前数字化模型x中有元素对应，实现了将原有狭小复杂的切割环境转化为数字可视化的切割环境，便于工作人员依据数字化数据进行切割路径规划以及实时调整切割路径，提高切割精准率。
30.在进行切割作业时，路径的规划一般为难题，单个芯片在基板上所占的面积小，相邻芯片之间的间距小，很难保证切割精准。而且在芯片封装加工的前提过程中，虽说芯片为均匀排布在基板上，但加工环境小，难免部分芯片之间会出现间距不等的情况。若在设计切
割路径时，依据一条切割路径对芯片切割，当遇到芯片之间间距不等时，则出现部分芯片被过切，降低了切割的成品率，为此：在进一步的实施例中，基于当前数字化模型x，计算得到第i行任意两个相邻芯片单体区域、之间的距离，其中i，j为大于1的整数，并得到第i行所有相邻芯片单体区域之间的间距集合，；以及所有行中所有相邻芯片单体区域之间的间距集合，。将每一行的相邻芯片单体区域之间的间距计算出来，形成集合m，并储存至计算机处理设备中；每一行的相邻芯片单体区域之间的距离皆转变为可视化数字信息，在进行切割路径规划时依据m中的数值，可选择不同的切割路径，甚至可选择到最佳切割路径，以实现提供切割精准以及切割效率。举例说明，在切割前，已选用一条切割路径，进行切割时，切割前方受阻，原有的实际切割点将与切割目标点不匹配，则调用m，将实际切割点与切割目标点匹配，重新生成切割路径，继续切割。
31.在进一步的实施例中，基于当前数字化模型x，计算得到第j列任意两个相邻芯片单体区域、之间的距离，其中i，j 为大于0的整数，并得到第j列所有相邻芯片单体区域之间的间距集合，；以及所有列中所有相邻芯片单体区域之间的间距集合，。将每一列的相邻芯片单体区域之间的间距计算出来，形成集合n，并储存至计算机处理设备中。将每一列的相邻芯片单体区域之间的间距计算出来，形成集合n，并储存至计算机处理设备中；每一列的相邻芯片单体区域之间的距离皆转变为可视化数字信息，在进行切割路径规划时依据n中的数值，可选择不同的切割路径，甚至可选择到最佳切割路径，以实现提供切割精准以及切割效率。举例说明，在切割前，已选用一条切割路径，进行切割时，切割前方受阻，原有的实际切割点将与切割目标点不匹配，则调用n，将实际切割点与切割目标点匹配，重新生成切割路径，继续切割。亦或者，在进行路径规划时，同时调用m和n，分析计算出更佳的切割路径。
32.在进一步的实施例中，设定列所在长度方向为竖向切割，竖向切割中切割目标点位置范围为，其中为竖向切割中切割目标点的位置误差阈值，或者说切割目标点可在位置的关键点两侧浮动长度。以位置的关键点为最佳切割目标点，进行竖向切割，使切割目标点两侧的芯片对称，减少体积差异。
33.在进一步的实施例中，设定行所在长度方向为横向切割，横向切割中切割目标点位置范围为，其中为横向切割中切割目标点的位置误差阈值，或者说切割目标点可在位置的关键点两侧浮动长度。以位置的关键点为最佳切割目标点，进行横向切割，使切割目标点两侧的芯片对称，减少体积差异。
34.每经过一组相邻芯片单体区域切割后，下一组相邻芯片单体区域之间的间隙若与上一组相同，则保持紫外激光的切割路径不变，若下一组相邻芯片单体区域之间的间隙若与上一组不同，则表示下一组切割目标点与一组的切割目标点不同，则调整紫外激光的切
割路径，实现每一组相邻芯片单体区域的切割目标点位置始终在或的范围内。
35.在一些工况下，仅仅通过一次切割并不能成功分离基板上的所有芯片，还需要二次或更多次规划切割路径，为此：在进一步的实施例中，当前切割完成后，将成功分离后的芯片在前数字化模型x对应的元素转化为预定标记，得到新的数字化模型o，调用切割目标点信息，对未进行转变的元素进行下一次切割。举例说明，当完成一次切割后，将成功被切割分离的芯片取出，重新对基板以及基板上的芯片进行图像获取，得到新的图像信息，基于新的图像信息，将成功分离后的芯片在当前数字化模型x对应的元素转化为预定标记，得到新的数字化模型o，预定标记为数字或字母或图形，用于和未进行转变的元素（即未成功被切割分离的芯片）区分。得到新的数字化模型o后，在调用计算机设备中储存的m和n，重新设计切割路径，避让预定标记的位置，减少无效的切割运动，实现高效率高准确率的切割。新的数字化模型o中的元素由预定标记和未进行转变的元素组成，预定标记和未进行转变的元素的位置关系调用当前数字化模型x中各元素之间的位置关系，进行路径规划时，直接调用之前存储的切割目标点的数据信息；在第t次切割过程依据预定标记和未进行转变的元素的位置关系，先对两个相邻芯片单体区域进行切割，其中两个相邻芯片单体区域皆为未进行转变的元素；遇到下一组相邻芯片单体区域时，若下一组相邻芯片单体区域包括至少一个预定标记时，将改变切割路径，寻找只包含未进行转变的元素的两个相邻芯片单体区域执行切割，直至将所有只包含未进行转变的元素的两个相邻芯片单体区域切割完成，再进行t 1次次切割；在t 1次切割时，将只包含预定标记的元素排除，对其他区域执行切割。
36.在进一步的实施例中，新的数字化模型o中所有元素全部转变为预定标记时，则表示切割分离完成。