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指紋芯片硅晶圓熱損傷:熱影響區(qū)HAZ降低芯片電性能

來(lái)源:博特精密發(fā)布時(shí)間:2025-09-16 10:51:54

在智能設(shè)備日益普及的今天,指紋識(shí)別芯片作為核心的生物識(shí)別組件,廣泛應(yīng)用于手機(jī)、門(mén)禁、金融支付等多個(gè)場(chǎng)景。芯片的性能穩(wěn)定性與其制造過(guò)程中的每一道工藝息息相關(guān)。其中,硅晶圓的激光切割過(guò)程若控制不當(dāng),極易造成熱影響區(qū)(HAZ)擴(kuò)展,引發(fā)微觀結(jié)構(gòu)變化,從而削弱芯片電性能,影響識(shí)別精度甚至導(dǎo)致整片芯片報(bào)廢。

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本文將深入分析熱損傷問(wèn)題的根源,并推薦先進(jìn)的激光設(shè)備解決方案——紫外皮秒激光切割機(jī)BT3030-2,有效控制熱影響區(qū)域,保障指紋芯片良品率。

一、問(wèn)題背景:指紋芯片切割為何易受熱損傷?

指紋芯片核心材料通常采用8英寸或12英寸的高純度硅晶圓,晶圓經(jīng)過(guò)光刻、離子注入、金屬布線等步驟后,需要精密切割成單獨(dú)裸片(die)。傳統(tǒng)切割方式如機(jī)械刀或紅外激光,雖然具備一定加工效率,但都存在一個(gè)嚴(yán)重弊端:高溫?zé)岱e累明顯,容易造成HAZ(Heat Affected Zone)擴(kuò)大。

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熱影響區(qū)的危害包括:

1. 晶體缺陷擴(kuò)散:局部高溫導(dǎo)致晶格錯(cuò)位甚至部分熔融,影響硅的載流子遷移率;

2. 電極金屬遷移:金屬層在高溫下擴(kuò)散至非目標(biāo)區(qū)域,導(dǎo)致短路或信號(hào)干擾;

3. 絕緣層擊穿:SiO?等絕緣層受熱開(kāi)裂,降低器件絕緣強(qiáng)度;

4. 性能不一致:即便不完全失效,也可能造成電性能分布不均,影響批次一致性。

因此,如何控制熱輸入、降低HAZ影響,是提升指紋芯片切割良率的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

二、解決方案:紫外皮秒激光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

為了解決傳統(tǒng)工藝帶來(lái)的熱損傷問(wèn)題,激光加工技術(shù)已逐步邁向“冷加工”時(shí)代。其中,紫外皮秒激光切割因其短脈寬、低熱傳導(dǎo)性,成為當(dāng)前晶圓精細(xì)加工的主流趨勢(shì)。

為什么選擇“紫外皮秒激光”:

這種技術(shù)確保加工區(qū)域僅發(fā)生亞表層燒蝕,不會(huì)向芯片內(nèi)部擴(kuò)散熱量,從根本上解決HAZ導(dǎo)致的電性能下降問(wèn)題。

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三、推薦設(shè)備:紫外皮秒激光切割機(jī)BT3030-2

為實(shí)現(xiàn)高精度、低熱損傷的硅晶圓切割,推薦采用博特精密科技推出的紫外皮秒激光切割機(jī)BT3030-2:

核心參數(shù)配置:

項(xiàng)目
參數(shù)
激光類(lèi)型
紫外皮秒激光器
波長(zhǎng)
355nm
最大脈沖能量
≥120μJ
脈沖寬度
<15ps
聚焦光斑
≤20μm
重復(fù)定位精度
±2μm
平臺(tái)移動(dòng)精度
±1μm
加工速度
最大600mm/s(視材質(zhì))
支持材料
硅晶圓、玻璃、藍(lán)寶石、陶瓷等
冷卻方式
水冷系統(tǒng),穩(wěn)定散熱,保障長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行

適用范圍:

* 指紋識(shí)別芯片晶圓切割

* MEMS器件開(kāi)槽

* CMOS圖像傳感器封裝開(kāi)窗

* SiP封裝倒角

應(yīng)用實(shí)績(jī):

多家指紋芯片供應(yīng)商已將BT3030-2用于8英寸硅片分割工藝,數(shù)據(jù)顯示良品率提升8%以上,同時(shí)熱損傷相關(guān)報(bào)廢率下降至千分之一以下。

四、應(yīng)用案例分析:降低電性能損耗的實(shí)際效果

某客戶(hù)在采用BT3030-2替代紅外激光設(shè)備后,進(jìn)行了如下對(duì)比測(cè)試:

指標(biāo)
紅外激光切割
紫外皮秒BT3030-2
芯片電阻波動(dòng)范圍
±10%
±2%
輸入輸出漏電率
0.8μA
0.05μA
芯片熱故障率
3.2%
0.1%
月報(bào)廢率
2.7%
0.3%

結(jié)論顯示,紫外皮秒激光切割顯著降低了電性能波動(dòng),增強(qiáng)了芯片耐熱穩(wěn)定性和一致性。

五、結(jié)語(yǔ):邁向更高良率與精度的關(guān)鍵一步

隨著指紋識(shí)別市場(chǎng)對(duì)精度、功耗、耐久性要求不斷提高,傳統(tǒng)高熱量切割方式已無(wú)法滿(mǎn)足新一代芯片工藝。熱影響區(qū)(HAZ)造成的電性能劣化,是提升芯片良率必須跨越的一道坎。

借助紫外皮秒激光切割技術(shù)與設(shè)備BT3030-2,不僅能實(shí)現(xiàn)超精細(xì)、無(wú)碳化、低熱效應(yīng)的切割效果,更在生產(chǎn)實(shí)戰(zhàn)中證明了其出色的可靠性與可重復(fù)性。未來(lái),隨著微電子結(jié)構(gòu)不斷趨向微米甚至納米級(jí),BT3030-2所代表的冷加工技術(shù),將在芯片封裝、晶圓制造領(lǐng)域扮演愈發(fā)關(guān)鍵的角色。

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