芯片打磨方法与流程

1.本发明涉及半导体器件的失效检测领域，尤其是涉及一种芯片打磨方法。


背景技术：

2.在对芯片进行失效检测时，为了查清产生在芯片内部的缺陷，需要对芯片的背面进行打磨，便于通过红外线显微镜对芯片的内部缺陷进行观察，或利用emmi(微光显微镜)进行失效点定位。相关技术中，通常是将芯片的正面通过粘接剂粘接在治具上，然后将治具固定在打磨设备上，并对芯片的背面进行打磨，由于粘接剂的流动难以控制，因此粘接剂很容易出现厚度不均匀的问题，芯片不能水平固定，在后续打磨过程中不同区域的打磨量不一致，导致最后获得的芯片的厚度不均匀，影响检测结果。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种芯片打磨方法，能够改善芯片打磨后厚度不均匀的问题。
4.根据本发明第一实施例的芯片打磨方法，包括以下步骤：
5.准备待处理的样本与硬质的承载片，所述样本包括芯片与框架，所述芯片连接于所述框架的正面，所述承载片具有相对设置的第一表面与第二表面；
6.将所述框架的背面与所述承载片的所述第一表面贴合；
7.至少在所述芯片的外侧面包覆隔离层，并在所述隔离层的外侧面包覆增强层，且至少使所述承载片的所述第二表面露出；
8.从所述第二表面开始向所述芯片打磨，直至所述芯片剩余设定厚度；
9.去除所述隔离层，以使所述样本与所述增强层分离。
10.根据本发明第一实施例的芯片打磨方法，至少具有如下有益效果：
11.样本的背面与承载片的第一表面贴合，二者之间不存在粘接剂，因此样本不会因粘接剂厚度不均而相对承载片歪斜，有助于改善芯片打磨后厚度不均匀的问题。
12.在本发明的其他实施例中，使所述隔离层包覆所述框架除背面之外的其他外表面，且使得所述隔离层与所述承载片的所述第一表面连接。
13.在本发明的其他实施例中，设置所述隔离层的方法包括：
14.当所述样本放置于所述承载片后，在所述芯片的顶部施加固态的隔离材料；
15.加热所述隔离材料，使所述隔离材料熔化并向下流动至所述承载片，以覆盖所述芯片与所述框架；
16.使熔融的所述隔离材料固化以形成所述隔离层。
17.在本发明的其他实施例中，所述隔离层的材料为石蜡，加热温度为100℃至105℃。
18.在本发明的其他实施例中，使所述增强层包覆所述承载片除所述第二表面之外的其他外表面。
19.在本发明的其他实施例中，设置所述增强层的方法包括：
20.设置具有容置腔的模具，将承载有所述样本的所述承载片放置于模具内，使所述第二表面与所述容置腔的底壁贴合；
21.向所述容置腔内添加液态的增强材料，直至液面高于所述隔离层；
22.使液态的所述增强材料固化以形成所述增强层。
23.在本发明的其他实施例中，所述增强层的材料为树脂。
24.在本发明的其他实施例中，通过目数逐渐增加的砂纸分别打磨所述承载片、所述框架与所述芯片。
25.根据本发明第五实施例的芯片打磨方法，包括以下步骤：
26.准备承载片与待处理的芯片，所述承载片具有相对设置的第一表面与第二表面；
27.将所述芯片的背面与所述承载片的所述第一表面贴合；
28.在所述芯片的外侧包覆隔离层，并在所述隔离层的外侧包覆增强层，且至少使所述承载片的所述第二表面露出；
29.从所述第二表面开始打磨，直至所述芯片达到设定厚度；
30.去除所述隔离层，以使所述芯片与所述增强层分离。
31.根据本发明第六实施例的芯片打磨方法，包括以下步骤：
32.准备承载片与待处理的样本，所述样本包括模封体，以及位于所述模封体内的芯片与框架，所述芯片连接于所述框架的正面，所述承载片具有相对设置的第一表面与第二表面；
33.将所述模封体的背面与所述承载片的所述第一表面贴合；
34.在所述模封体的外侧包覆隔离层，并在所述隔离层的外侧包覆增强层，且至少使所述承载片的所述第二表面露出；
35.从所述第二表面开始向所述芯片打磨，直至所述芯片剩余设定厚度；
36.去除所述隔离层，以使所述样本与所述增强层分离。
37.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
38.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
39.图1为相关技术中芯片与治具连接的简要示意图；
40.图2为相关技术中芯片打磨后的简要示意图；
41.图3为本发明适用的典型样本的内部结构的示意图；
42.图4为依靠第一实施例打磨方法打磨时样本的状态变化图；
43.图5为采用相关技术打磨后芯片侧边具有倒角的示意图；
44.图6为依靠第二实施例打磨方法打磨时样本的状态变化图；
45.图7为第二实施例中形成隔离层的示意图；
46.图8为依靠第三实施例打磨方法打磨时样本的状态变化图；
47.图9为第三实施例中形成增强层的示意图；
48.图10为依靠第四实施例打磨方法打磨时样本的状态变化图；
49.图11为依靠第五实施例打磨方法打磨时样本的状态变化图；
50.图12为依靠第六实施例打磨方法打磨时样本的状态变化图。
51.附图标记：
52.承载片100、第一表面110、第二表面120；
53.样本200、模封体210、芯片220、框架230；
54.隔离层300；
55.增强层400；
56.加热装置500；
57.模具600、容置腔610；
58.样本10、倒角11、粘接剂20、治具30。
具体实施方式
59.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
60.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
62.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
63.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
64.相关技术中如果需要对芯片打磨以分析内部的缺陷，通常是将待处理样本10的背面通过粘接剂20粘接于治具30，在粘接之前，需要将能够流动的粘接剂20涂覆于样本10和/或治具30上，然而，粘接剂20的流动难以精确控制，导致粘接剂容易产生厚度不均匀的问题，即使粘接剂20的厚度在结合之前能够保持均匀，样本10与治具30对接的过程中也容易发生歪斜，最终形成图1所示的歪斜状态。
65.当样本10以图1所示的歪斜状态与水平的打磨面接触而被打磨时，不同区域的打磨量存在差异，导致最后获得的样本10存在厚度不均匀的问题，例如，图1左侧的打磨量相比于右侧的打磨量更多，最终获得的样本10的左侧薄于右侧，如此，当样本10左侧的厚度满足要求时，右侧可能因为过厚而导致不能清晰显现内部的结构，从而影响检测结果。基于
此，本发明提出了一种芯片打磨方法，能够保证芯片220打磨后厚度均匀一致，以下结合附图进行具体描述。
66.本发明第一实施例中打磨方法所适用的样本200可以是功率模块，如图3所示，一种典型的样本200包括芯片220与框架230，芯片220通常为长方体结构，其中，将芯片220连接有引线的一侧表面定位为芯片220的正面，与正面相对设置的一侧表面为背面，具体至图3中，则芯片220的上表面为正面，下表面为背面。需要说明的是，为了便于描述，对于本发明所提及的其他构件，均以水平放置时的上表面作为正面，下表面作为背面，基于此，芯片220的背面与框架230的正面连接，
67.本实施例适用的样本200还可以包括模封体210，模封体210的材料通常为环氧树脂，模封体210将芯片220与框架230包覆在内，以起到绝缘与保护的作用。为了减少打磨量，通常会先去除样本200上的模封体210，以使芯片220与框架230露出，其中，可以利用酸液去除样本200外侧的模封体210。需要说明的是，样本200来料时可以带有模封体210，打磨之前需要先去除模封体210，样本200也可以在来料之前去除模封体210。
68.参照图4，示出了依靠第一实施例打磨方法打磨时样本200的状态变化图，按照从上向下的顺序，打磨方法包括以下步骤：
69.第一步：准备去除了模封体210的样本200，样本200包括框架230与放置于框架230的正面的芯片220。
70.第二步：将样本200放置在承载片100上，承载片100具有第一表面110与第二表面120，其中第一表面110位于图示的上侧，第二表面120位于图示的下侧，样本200具体是通过框架230的背面与承载片100的第一表面110贴合。承载片100为硬质且厚度均一的片材，可以避免承载片100发生变形，同时能够作为基准实现样本200的水平放置，在一些具体实施例中，承载片100可以是金属片，例如铜片，铜片具有一定的强度以支撑样本200，同时硬度又不会过高而增加打磨难度，承载片100还可以是玻璃片或者陶瓷片，从而进一步避免变形，以及具有更高的平整度。需要说明的是，在保证能够水平支撑芯片220的基础上，承载片100应该尽可能地减薄，以减少后续打磨的工作量。
71.第三步：在芯片220的外侧面包覆隔离层300，此处所称芯片220的外侧面，是指除了芯片220背面的其他表面。隔离层300能够在设定条件下去除，便于取出打磨完成的样本200。
72.第四步：在隔离层300的外侧面包覆增强层400，此处所称隔离层300的外侧面，是指除了隔离层300与框架230贴合的背面之外的其他表面。增强层400除了包覆隔离层300之外，还与承载片100连接，例如与承载片100的第一表面110连接，从而将承载片100、样本200、隔离层300与增强层400连接为整体的待打磨组件，增强层400的强度相对较高，能够承受一定的振动和冲击，因此可以作为打磨过程中实现上述待打磨组件与打磨设备连接的安装结构。
73.需要说明的是，无论增强层400如何与承载片100连接，均需要保证承载片100的第二表面120露出，使得第二表面120能够作为基准面与打磨设备接触。
74.第五步：以第二表面120作为打磨的起始位置，向芯片220的方向开始打磨，直至芯片220剩余的厚度满足设定厚度后停止打磨。具体是，将上述待打磨组件通过增强层400连接于打磨设备的驱动组件，使得第二表面120朝向打磨设备的打磨组件，然后调节待打磨组
件的位置与姿态，使得第二表面120与打磨组件的打磨面保持平行并相互贴合，最后启动打磨设备，使得打磨组件相对待打磨组件之间发生相互转动，从而从第二表面120开始打磨，随着打磨的进行，待打磨组件的厚度降低，因此打磨设备的驱动组件还能够驱动待打磨组件朝打磨组件进给，使得打磨面与待打磨面时刻保持接触。
75.在一些具体实施例中，承载片100、样本200、隔离层300与增强层400共同形成的待打磨组件为圆柱体结构，打磨设备上的打磨组件相应包括适配该圆柱体的夹持机构。
76.打磨完成后的样本200如图所示，其中承载片100、框架230、芯片220的背侧部分、隔离层300的背侧部分与增强层400的背侧部分均已经通过打磨去除，芯片220的剩余部分通过隔离层300与增强层400连接。
77.第六步：根据隔离层300的材料，选择相应的方式去除隔离层300，从而使芯片220与增强层400分离，至此，芯片220已经打磨完成，且能够与增强层400分离而进行后续的检测工作。
78.本实施例的打磨方案具有以下优点：
79.一、样本200的背面与承载片100的第一表面110贴合，二者之间不存在粘接剂，因此样本200不会因粘接剂厚度不均而相对承载片100歪斜。同时，以承载片100的第二表面120作为基准面与打磨设备的打磨面贴合，能够使样本200与承载片100不会相对打磨面歪斜，如此，能够使芯片220打磨后厚度均匀一致。
80.二、当采用图1、图2所示方式打磨时，芯片220的侧面暴露在外，芯片220相对于打磨装置移动的过程中，除了背面被打磨之外，芯片220的侧面也会被打磨，使得芯片220的底部侧边处形成如图5所示的倒角11，倒角11会导致红外线的反射与折射，从而导致成像不清晰。本实施例在芯片220的外表面(包括前述侧面)包覆隔离层300，使得隔离层300除了隔离芯片220与增强层400的作用之外，还能够起到保护芯片220底部侧边的作用，避免因倒角11影响检测结果。
81.三、本实施例还设置有隔离层300，隔离层300位于芯片220与增强层400之间，其能够在设定条件下自芯片220上去除，从而实现芯片220与增强层400的分离，与增强层400直接连接芯片220的方式相比，能够显著降低增强层400与芯片220的分离难度，同时也能够避免在芯片220上发生残留。
82.四、本实施例还设置有增强层400，增强层400相比于隔离层300具有更高的强度，能够承受更强的振动与冲击，因此以增强层400包覆隔离层300而形成待打磨组件，并以增强层400作为安装部件安装至打磨设备，与依靠隔离层300作为安装部件安装至打磨设备的方案相比，可以减少待打磨组件在打磨过程中发生碎裂、断裂的概率。
83.本发明第二实施例还提出了另一种打磨方法，其同样适用于具有框架230的样本200，其与第一实施例的区别在于：本实施例中的隔离层300除了包覆在芯片220之外，还包覆在框架230之外。
84.参照图6，示出了依靠本发明第二实施例打磨方法打磨时样本200的状态变化图，包括以下步骤：
85.第一步：准备去除了模封体210的样本200，样本200包括框架230与放置于框架230的正面的芯片220。
86.第二步：将样本200放置在承载片100上，使得框架230的背面与承载片100的第一
表面110贴合。
87.第三步：在芯片220的外侧面与框架230的外侧面包覆隔离层300，且使得隔离层300与承载片100的第一表面110连接，从而将芯片220、框架230与承载片100连接在一起。此处所称框架230的外侧面，是指除了框架230的背面，以及框架230正面与芯片220贴合区域之外的其他表面。
88.第四步：在隔离层300的外侧面包覆增强层400，且使得第二表面120露出以作为基准面与打磨设备接触。
89.第五步：以第二表面120作为打磨的起始位置，向芯片220的方向开始打磨，直至芯片220剩余的厚度满足设定厚度后停止打磨。
90.第六步：根据隔离层300的材料，选择相应的方式去除隔离层300，从而使芯片220与增强层400分离，至此，芯片220已经打磨完成，且与增强层400分离而能够进行后续的检测工作。
91.本实施例的打磨方案除了具有第一实施例中的优点之外，还具有以下优点：
92.一、通常框架230超出芯片220部分的面积不会太大，如果以样品本身的框架作为后续打磨的基准面，则需将隔离层300限制在框架230范围内以防止隔离层溢到框架背面而影响样品打磨基准面的水平度，但此操作难度较大，而承载片100的面积不受限制，可以设置得较大，因此隔离层300同时覆盖芯片220与框架230更容易操作。
93.二、样本200与承载片100预先通过隔离层300固定，能够避免样本200与承载片100在包覆增强层400的过程发生移动。
94.作为上述第二实施例的改进，隔离层300采用具有热熔性质的材料制成，从而能够通过先加热后固化的方式形成隔离层300，参照图7，本实施例设置隔离层300的方法包括：
95.第一步：当样本200放置在承载片100上后，在芯片220的顶部施加固态的隔离材料。
96.第二步：加热隔离材料，使隔离材料熔化并向下流动至承载片100的第一表面110，以覆盖芯片220与框架230。在一些具体实施例中，可以通过加热装置500加热隔离材料，加热装置500可以是图中具有水平加热面的加热台，承载片100的第二表面120与加热面贴合，加热台启动时，热量通过承载片100与样本200传递至隔离材料。
97.第三步：使熔融的隔离材料固化以形成隔离层300。例如，可以关闭加热装置500使得隔离材料自行固化，也可以通过外部的冷却装置加速其固化。
98.上述实施例利用隔离材料熔化后的流动自动包覆芯片220与框架230，实验人员无需进行其他操作，有助于简化工艺。
99.在一些具体实施例中，隔离层300的材料为石蜡，石蜡在常温下为固体，加热后能够融化，冷却后能够重新固化，因此可以满足前述加热时自动流动、冷却后固化的要求。另一方面，石蜡可以溶解于丙酮，从而实现隔离层300的去除，且去除过程中不会损伤芯片220，当石蜡溶解之后，芯片220将自动与增强层400分离。
100.本实施例中，石蜡的加热温度为100℃至105℃，经过发明人验证，石蜡在该温度范围内具有一定的流动性，但是流动性不会过强，因此能够聚拢形成类似于图7所示的半球状结构，使得隔离层300保持一定的厚度以起到相应的隔离作用。
101.本发明第三实施例还提出了另一种打磨方法，其同样适用于具有框架230的样本
200，其与第一实施例的区别在于：本实施例中的增强层400除了包覆在隔离层300之外，还包覆在承载片100除第二表面120之外的其他表面。
102.参照图8，示出了依靠本发明第三实施例打磨方法打磨时样本200的状态变化图，包括以下步骤：
103.第一步：准备去除了模封体210的样本200，样本200包括框架230与放置于框架230的正面的芯片220。
104.第二步：将样本200放置在承载片100上，使得框架230的背面与承载片100的第一表面110贴合。
105.第三步：在芯片220的外侧面包覆隔离层300。
106.第四步：在隔离层300的外侧面，以及承载片100除第二表面120之外的外侧面包覆增强层400，且使得第二表面120露出以作为基准面与打磨设备接触。
107.第五步：以第二表面120作为打磨的起始位置，向芯片220的方向开始打磨，直至芯片220剩余的厚度满足设定厚度后停止打磨。
108.第六步：根据隔离层300的材料，选择相应的方式去除隔离层300，从而使芯片220与增强层400分离，至此，芯片220已经打磨完成，且与增强层400分离而能够进行后续的检测工作。
109.本实施例的打磨方案除了具有第一实施例中的优点之外，还具有以下优点：承载片100嵌设于增强层400内，能够增加承载片100与增强层400之间的连接强度，避免打磨过程中承载片100与增强层400发生脱离。
110.作为上述第三实施例的改进，参照图9，本实施例设置增强层400的方法包括以下步骤：
111.第一步：设置具有容置腔610的模具600，模具600的底部封闭，顶部具有开口。将承载有样本200的承载片100放置于模具600内，使第二表面120与容置腔610的底壁贴合。
112.第二步：向容置腔610内添加液态的增强材料，液态的增强材料能够自动填充容置腔610，直至液面高于隔离层300。
113.第三步：使液态的增强材料固化以形成增强层400后，使增强层400与模具600脱离。
114.上述实施例通过容置腔610的底壁遮挡第二表面120，能够避免第二表面120黏附增强材料，此外，增强层400与第二表面120齐平设置，便于以第二表面120作为基准面进行打磨。
115.在一些具体实施例中，增强层400的材料为树脂，相对于石蜡，树脂具有更高的强度，能够抵御打磨过程中的冲击与震动。
116.需要说明的是，上述第二实施例至第三实施例可以组合，参照图10，本发明第四实施例中的隔离层300包覆在芯片220与框架230的外侧，增强层400包覆在隔离层300的外侧，以及承载片100除第二表面120之外的其他表面，从而具有上述第一实施例至第三实施例的优点。
117.本发明第四实施例还提出了另一种打磨方法，其与第一实施例至第三实施例区别在于：本实施例适用于芯片220的直接打磨，也即，样本200来料即为裸芯片，因此不需要进行前面的去除模封体210的步骤。
118.参照图11，示出了依靠本发明第五实施例打磨方法打磨时样本200的状态变化图，包括以下步骤：
119.第一步：准备待打磨的芯片220。
120.第二步：将芯片220直接放置在承载片100上，使得芯片220的背面与承载片100的第一表面110贴合。
121.第三步：在芯片220的外侧面包覆隔离层300，隔离层300与承载片100的第一表面110连接，从而将芯片220与承载片100连接在一起。
122.第四步：在隔离层300的外侧面包覆增强层400，增强层400与承载片100的第一表面110连接，承载片100的第二表面120露出以作为基准面与打磨设备接触。
123.第五步：以第二表面120作为打磨的起始位置，向芯片220的方向开始打磨，直至芯片220剩余的厚度满足设定厚度后停止打磨。
124.第六步：根据隔离层300的材料，选择相应的方式去除隔离层300，从而使芯片220与增强层400分离，至此，芯片220已经打磨完成，且与增强层400分离而能够进行后续的检测工作。
125.本实施例的打磨方案除了具有第一实施例中的优点之外，无需通过打磨的方式去除框架230，因此能够减少打磨的工作量。
126.本发明第六实施例还提出了另一种打磨方法，其与第一实施例至第三实施例区别在于：本实施例适用于带有模封体210的样本200的直接打磨，例如，样本200来料为完整的功率模块，不需要进行前面的去除模封体210的步骤。
127.参照图12，示出了依靠本发明第五实施例打磨方法打磨时样本200的状态变化图，包括以下步骤：
128.第一步：准备待打磨的样本200，样本200包括模封体210，以及位于模封体210内的芯片220与框架230，芯片220放置于框架230的正面。
129.第二步：将样本200放置在承载片100上，使得样本200的背面与承载片100的第一表面110贴合。
130.第三步：在样本200的外侧面包覆隔离层300，隔离层300与承载片100的第一表面110连接，从而将样本200与承载片100连接在一起。
131.第四步：在隔离层300的外侧面包覆增强层400，增强层400与承载片100的第一表面110连接，承载片100的第二表面120露出以作为基准面与打磨设备接触。
132.第五步：以第二表面120作为打磨的起始位置，向芯片220的方向开始打磨，直至芯片220剩余的厚度满足设定厚度后停止打磨。
133.第六步：根据隔离层300的材料，选择相应的方式去除隔离层300，从而使芯片220与增强层400分离，至此，芯片220已经打磨完成，且与增强层400分离而能够进行后续的检测工作。
134.需要说明的是，在上述各实施例中，样本200或者芯片220的打磨通过砂纸完成，具体是通过目数逐渐增加的砂纸分别打磨承载片100、框架230与芯片220，其中，砂纸的目数越低，单次摩擦的去除量越大，打磨速度越快，打磨面越粗糙，砂纸的目数越高，单次摩擦的去除量越小，打磨速度越慢，打磨面越光滑。基于上述，当打磨承载片100时，由于其距离芯片220较远，因此可以采用目数较低的砂纸进行快速打磨；当打磨框架230时，由于框架230
与芯片220相邻设置，因此采用目数相对较高的砂纸打磨，保证一定打磨速度的前提下，能够在打磨至接近芯片220时避免对芯片220的损伤；当打磨芯片220时，采用目数最高的砂纸打磨，从而保证打磨面的打磨质量。通过在不同阶段采用不同的砂纸打磨，能够兼顾打磨速度与打磨质量。
135.例如，打磨承载片100时，可以采用180目的砂纸，打磨框架230时，可以采用400目的砂纸，当打磨芯片220时，可以采用800目的砂纸。
136.需要说明的是，可以根据已打磨的厚度或者目视观察的方式判断打磨阶段。
137.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。