CN101510527A - 半导体芯片bga封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

针对半导体芯片有机层压板BGA封装体的锯式切割需要，发明一种薄型金属基金刚石复合材料切割片，并就其组成设计、制备技术、成形工艺及精密加工方法等予以详细说明。按照本发明提供的技术方案和设计的生产制程，选用金刚石履行切割功能，围绕构造与其颗粒牢固结合的把持机制，分别给出不同胎体组成配方的选择，在热压烧结或钎焊工艺条件下制取切割片，不仅改善了金属胎体与金刚石颗粒的结合性态以增强把持力和持续自锐能力，也建立了径向与两侧的匹配磨损关系以形成刃端近乎平直的切割形貌，从而在保证芯片高精度切割质量的前提下，大幅度提高了切割长度，有利于显著降低生产成本。

Description

半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片及其制造方法

技术领域

本发明属于新材料技术领域，用于超硬材料制品或工具制造行业，特别涉及芯片单体化分割时使用的一种超薄金属基金刚石切割片及其制造方法。

背景技术

球栅阵列BGA(Ball Grid Array)封装作为当今半导体高端封装测试领域内的主流技术，已普遍用于FBGA(Fine Pitch BGA)、FCBGA(Flip Chip BGA)、PBGA(Plactic BGA)、SiP(System in Package)、MCM/MCP(Multi Chip Module/Multi Chip Package)、CSP(Chip Scale/Size Package)等形式的IC芯片后道封装，其本质是在封装基板的底部制作成矩阵形式排列的锡焊球作为电路的I/O端子，易与终端设备的印刷线路板进行表面贴装互连。

BGA封装体的基本构成是有机层压板和树脂聚合物，前者多由2-4层或更多层FR4塑胶玻璃纤维板复合而成，厚约0.2-0.5mm；后者常为环氧树脂填加陶瓷相颗粒热固化成型，厚约0.4-0.8mm。总体厚度约在0.6-1.2mm范围，其内包埋了一个或多个以堆叠或平铺排放的裸芯片及其相关互连引线。

IC芯片经不同BGA形式封装后，为能使其在终端设备上获得应用，必须进行每个独立功能芯片的单体化加工，这是半导体封装业迄今不可逾越的一个重要作业工序。锯式切割技术是当前国内外进行此工序的主导方法，而金刚石颗粒切割片在其中发挥着主体作用。

切割片使用条件十分苛刻，本身厚度很薄，通常在0.2-0.4mm以内，极易脆裂或脆断；工作转速极高(30-40Krpm)，线速度达到120-140m/s，承受很大的冲击力和离心力；更重要的是，工件是以大进给速度(120-200mm/s)和深切入量(0.8-1.5mm)的条件实施切割，亦承受大的工作载荷和高的切削热，须从多方位施以大于1L/min流量的去离子水进行强制冷却。切割片的正常失效为径向消耗过快，造成使用寿命不足，或为径向消耗太慢引起两侧过度磨损，导致刃端形状异常变化而引起芯片切割质量变差；非正常失效包括扭曲、崩刃、开裂甚至崩碎等，使其过早失去切割功用。

切割片在执行芯片切割工序时，正常在线使用情况下是依靠自身的不断磨损消耗来支撑切割过程的持久延续，客观上是一种工业耗材，目前市场定位亦是如此。就芯片封装体规模化工业加工而言，实际生产使用的切割片需要反复更换，更换的周期取决于满足芯片切割质量要求的前提下，对其在线评估认定后所建立的切割长度判据，亦称为安全使用寿命。安全寿命是在大量重复测试的基础上，对不同样品取得的最大切割长度进行统计处理并乘以安全系数(小于1)而确定。安全系数依据芯片在线切割质量控制指标予以人为设定，用来防止芯片在线加工过程中的残次品出现。因此安全寿命作为衡量切割片非常关键的一个质量指标，既影响加工良率，也影响生产成本，故倍受业界高度重视。加工效率是描述切割片质量的又一个重要参量，通常被理解为单位时间内的切割长度。

但对于芯片划切工艺参数预先设置的情况下，尤其随着主轴转速和工件进给量的在线设定，传统意义的切割效率值将不再改变，取而代之的是切割片工作负荷大小的变化，实际切割时反映在工作电流的不断改变。瞬时电流的相对变化，直观表明切割片作业时锋利度的变化，从而表征出此刻切割片承受切割阻力的大小。如果切割阻力增大，说明切割片因锋利性下降而变钝，既有增大芯片不合格率、改变安全寿命的倾向，也有加重切割设备负担、降低工作状态稳定性的可能，因而切割片的锋利性亦受业内十分关注。

半导体封装业如此看重切割片质量的重要性，主要源于它在整个IC芯片制程中所占据着后道加工的末端工序。一旦切割片内在质量出现反复，难以维持一致与稳定，将会造成无法弥补的直接损失，轻则仅对数万颗芯片的良率提出质疑，逐一排查虽不失为一种补救办法，但已超出批量制造的工业化内涵而不为制程规范所接受；重则因芯片加工质量失控而报废，此前包括诸如前道制造和后道封装等一系列工艺实施将付诸东流，此后的性能测试与终端应用也将化为泡影。可见芯片的锯切加工在整个半导体产业链中具有承前启后的中枢作用，而切割片在切割过程中的行为表现，将决定着每颗芯片制程生产的延续性和功能实现的可行性。为赋予以良好的表现，提高内在性能并其维持一致性与稳定性，这对于作为耗材使用的切割片尤为重要。

从使用角度看，前已述及切割长度和锋利度作为切割片在线评估的主要质量指标，对于制定芯片切割工艺和控制芯片加工质量具有指导意义；从制造角度看，探索胎体基体(胎体)对金刚石颗粒的强力把持机制，保证其从胎体中不断出露并维持足够高的出露量，建立与切割长度和锋利性的对应关系，是提升切割片档次的关键所在，为此已成为当今国内外研究的热点。

针对以有机层压板为芯片核心载体的系列BGA封装形式，基于封装体的切割需求，迄今先后采用的切割片按胎体类型区分，主要有三种即热固化树脂基、电铸镍基及烧结金属基。其中均由金刚石颗粒担负切割功能。

树脂基金刚石切割片通过加热固化树脂来实现对金刚石颗粒的把持，但限于组成胎体的材料特性，把持强度非常有限，极易磨损消耗，切割长度严重不足，多则千米上下，少则不足半数，无助于降低生产成本。常以增高金刚石浓度(≥80％)和增大颗粒尺寸(45-75μm)延长使用寿命，终因效果不佳而在切割有机层压板封装体方面已淡出使用。但该类切割片也有其非常明显的优点，具体表现在能够很好地保持近乎平直过渡的刃端形貌和具有超强的金刚石颗粒自锐能力，有利于保证芯片优异的加工质量。

当前主要用于芯片以镀镍薄铜为载体的QFN封装基板划切，也对于极力避免底侧产生过渡圆角(唇缘效应)的半切(非切断)、开槽及贴膜式划切(刃口切入膜内极少)等特殊要求的加工仍具有应用价值。电铸类切割片因镍基胎体基体致密、偏硬及金刚石浓度过高(≥120％)，又因工艺所限只能包镶固结细小颗粒的金刚石(≤15μm)，多因素影响综合提高了该类切割片的耐磨性，反映在切割时径向消耗缓慢，两侧磨损稍快，容易出现匕首状的刃端切割形貌，导致芯片尺寸超出公差求，严重时产生唇缘效应。

总体表现出钝态，切割阻力明显增大，引起芯片受力面变形扭曲、整体偏移直至脱离固定的情况时有发生，无法保证其形状规范与尺寸精度。综上不利影响，在线测试安全切割长度难以超过2km，与市场需求相差甚远，目前虽有间或使用，但已不是切割BGA封装芯片的主流。

也许仍在划切硅晶圆、镀膜玻璃、石英晶片、低温陶瓷等一类硬脆材料基板时不可或缺，然已对其厚度控制严格，一般在0.1mm左右。金属烧结型切割片主要采用金属粉体与金刚石经高温液相烧结复合并辅以模压成形制得，从使用上弥补了上述两类切割片的不足，几乎占据着芯片有机层压板封装体切割的主导地位。从当前市场供应情况看，切割片出自不同制造商在同一用户使用，或出自同一制造商的在不同用户使用均表现出很大差异，有效切割长度短者在3km以下，长者达5km以上；切割质量优时可逼近控制指标的下限，劣时则接近上限；异常崩断率低不足1％，高可达7％，说明切割质量受封装形式、工件规格及切割条件的影响，该类切割片在材料选用、胎体构成设计和制造工艺上存在重大不同，揭示出因需宜制应对各种切割要求、不同质量档次产品的必要性，预示着核心制备技术依然具有极大的开发空间。围绕适应市场发展对该类切割片的需要，研究的重点将主要集中在：(1)如何通过开发以钎焊/热压烧结为核心的液相活化烧结技术，来建立金属胎体与金刚石颗粒之间的有效界面结合，保证切割过程中金刚石颗粒始终维持高的出刃度并与包镶胎体形成强力把持，而在自身切割功能衰退随包镶胎体磨损而脱落时，又能不断裸露出新的金刚石颗粒并与胎体之间形成协调一致的磨损机制，以满足安全寿命和切割效率的高性能要求；(2)如何通过成分调控、结构优化及胎体性能控制，保证切割片切入封装基体后其刃部的径向与侧向有匹配适中的磨损速率，始终保持近乎平整的端部形貌，以满足高精度的加工质量要求。为此业界尝试着不懈的努力。

当今锯切产品生产主要集中在半导体制造业相对发达的国家，代表性的有美国的ITI、Ukam，日本的Disco、Mitsubishi及ASAHI，韩国的Ehwa、Kodis，以色列的ADT等公司，尤以Disco、ITI、Ehwa及ADT公司拥有全球市场较大的占有率，其制作方法多以烧结技术为主，间或采用电镀技术，产品覆盖了整个与半导体IC芯片和分立器件分割相关的高端封装产业，目前国内此类产品几乎完全依赖进口。作为传统制造业，我国金刚石工具的制造基础相当雄厚，研究也颇具水准，不乏有大型国资企业和专业科研机构，但真正认识到其对IC产业的影响及产品的高附加值乃是进入本世纪后，电子封装业在长三角和珠三角地区快速发展并逐渐成为我国IC制造业的主要组成部分。目前涉足此领域的国内科研院所和生产企业屈指可数，且多从电镀基和树脂基切割片起步。

从目前发展趋势看，高性能金属基金刚石锯切工具正成为服务于IC封装业的主导产品。国外的此类产品已朝着高性能、超精密、低成本方向发展，国内无论是研发还是生产仍处探索阶段。我们从2005年起连续跟踪调研国际半导体SEMICON年会，对此亦有强烈的感受。

纵观薄型切割片的沿革与发展，促进其升级换代的动力无疑是来自芯片在线加工的实际需求。对于半导体封测这样一个极具竞争力的产业，伴随着计算、通信和娱乐等功能的不断融合，以及无线、便携、手提等数字和光电类消费电子产品的持续增长，芯片封装尺寸的小型化、集成的高密度化及功能的多样化要求，将是提升参与市场竞争力的一个重要发展方向。与此相适应新的封装形式不断涌现，芯片基板类型增多，其结构复杂且规格多变，切割难度增大，对切割片要求不但具有高的加工质量和数量，而且具有高性能和低售价，也要求充分得力的技术支持和快速便捷的供货渠道。与国际上高端封测产业的高速发展形成鲜明对比，我国总体状况滞后，仍处发展初期，呈现的基本态势是全球大型封测企业相继转移国内投资建厂，并在长三角和珠三角地区形成相对集中的产业群，成为我国封装业的主体，以带动自身且与其相关配套产业的起步发展。基于这样的态势，实现高精度薄型切割片的本土化制造，并赋予以高性价比，尤其使用寿命的延长和锋利性的增强，将对支撑半导体封测产业的发展具有重要意义，特别是对我国尚处起步的高端封装产业具有推动作用。

发明内容

本发明面向半导体高端封装领域，针对主流BGA封装技术普遍以有机层压板作为IC芯片载体的封装体，围绕其锯式切割的需要，为了克服现有技术的缺点和不足，开发研制一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片。在设定金刚石浓度40-70％和粒度35-65μm条件下，并辅以相适应的强度、晶形、热稳性及透明度等品级保证，采用以下技术方案予以实现。

1、胎体组成设计

采用正交试验法设计胎体材料的成份配置，即以胎体配方组成(含或不含金刚石颗粒)为因素和以烧结工艺参数为水平安排实验。设计胎体金属粉末(含粘接相和骨架相)、预合金钎料及改性添加剂(有机或无机填料)粉体之间的比例，并先行配料、混合、搅拌使其均匀化，再将组成胎体粉末与金刚石颗粒混合后进行钎焊/热压烧结成型。借助常规分析与试验手段考察各组样品的微观结构和宏观性能，遴选出相对适宜的配方组成。经过优化且拟将用于实际生产的胎体组成，按高含量元素形成以Cu和Fe为基的两组配方系列，具体化学成分与重量比如下：

(1)Cu基胎体组成

骨架相选用Cu、Co、CuSn₂₀，配比分别为0-40重量份的CuSn₂₀、33-87重量份的Cu和0-13重量份的Co。平均粒度不超过45μm(-300目)；

粘接相选用以Sn为主，配比为13-23％，平均粒度不超过45μm(-300目)；以Cu为辅，已包含在骨架相之中；

无机填料选用SiC、Al₂O₃及石墨，配比相应为0-15重量份的SiC、0-10重量份的Al₂O₃、0-3重量份的石墨，粒度控制在5-10μm之间；0-3重量份的有机填料，有机填料选用酚醛、环氧或聚酰亚胺等类树脂，。

(2)Fe基胎体组成

主要由Fe、Cu、Ni、Sn等组成，配比分别为45-75重量份的Fe、10-15重量份的Cu、6-12重量份的Ni、5-10重量份的Sn、2-8重量份的Ag及适量改性填料。

在制定试验方案时，胎体构成的基本思路是视Sn占Cu和Sn总量的高低来确定是否采用非金属填料或多少。当设定Sn量在20％以上，通常不引入或少引入添加剂，胎体只由构成骨架相、粘接相的金属与合金组成，其中如掺入CuSn₂₀预合金粉体，则单质Cu和Sn含量酌情减少，其比例按当量折算；当设定Sn量在15％以下，则须引入无机填料予以改性增强，并按骨架相和粘接相总量的百分比混入。正是由于Sn含量的不同，决定了胎体组成的变化，出现各组元配比有较大的选择范围。不同的组份配比将改变胎体的结构与性态，最终影响切割片的切割效果。典型应用实例见于后。

在本发明制备工艺条件下，上述胎体组成的抗弯强度、密度及硬度分别在540-640MPa、7.8-8.5g/cm³、HRB70-110Kgf/mm²范围内可予以调控。

2、金属基金刚石复合材料切割片制备方法

主要采用热压烧结技术制备不同胎体组分的金属基金刚石复合材料，也间或采用真空钎焊技术制备特殊性能要求的金属与金刚石烧结体，其中金刚石颗粒拟或镀覆Ti、Cr、Ni、Cu等以实现与胎体的冶金结合。实施工艺制度为：升温速度40-90℃/min、烧结温度580-780℃、保温10-90min、冷却速度20-100℃/min、热压应力20-40MPa。

在工艺实践中，金属基金刚石复合材料与切割片压制毛坯的热压烧结同时进行，是一个相对独立的核心制备过程。即将已经冷压成形为设计形状的压坯置入具有相同形状的热压模具中，再整体移入烧结炉内，设置烧结工艺参数并对模具施压后加热升温到设定温度，在此温度下适时保温促使粉末颗粒相互结合在一起，制得基本成形的切割片烧结毛坯。

以含Sn20％以上的胎体组成为例，能谱分析试验如图1所示结果表明，实测各组元的含量与设计的十分接近；XRD分析胎体相组成如图2(a)-(d)所示，从中发现在本发明工艺条件下，烧结温度变化对相组成几乎没有影响，主要是(a)和(b)示出的Cu₃₉Sn₁₁、Cu₁₀Sn₃及Cu_5.6Sn，其中以Cu₃₉Sn₁₁衍射强度较高，表明所占体积比相对较大；但随保温时间由10min延长到60min，亦有(c)和(d)所示的新相Cu₆Sn₅形成，且衍射峰值较强，亦表明所占体积比较高；此外从衍射峰宽窄判断，其晶粒度要比Cu₃₉Sn₁₁的细小，可起到弥散强化的作用。正是由于存在或出现这些具有复杂点阵结构的硬脆相，胎体的组态与性态将将发生改变，继而影响到切割片的使用性能，有关深入的研究仍在进行中。在维持压力不变时延长保温时间，从SEM观察到如图3(a)和(b)所示的显微结构大体看出，伴随复合材料烧结体内部孔隙率降低、孔隙尺寸减小及孔隙形状改变，其致密化程度提高，胎体对金刚石颗粒磨粒的包镶也趋于紧密，从而增强把持力，有助于延长切割片的使用寿命。

在胎体中引入CuMnTi钎料以钎焊方法制备烧结毛坯，金刚石颗粒与胎体之间可形成图4(a)所示3-5μm的过渡层，特别是在层内Ti元素显著富集，明显高于界面两侧如图4(b)，XRD分析表明已有图4(c)示出的TiC相形成，预示胎体与金刚石颗粒之间已构成化学键合如图4(d))所示，可见胎体与金刚石颗粒磨粒之间的界面结合状况得到明显改善。

就超薄切割片成形而言，热压模具可用高纯石墨或高热强钢制作。前者在金刚石制品烧结中广为使用，但受料性所限，宜在无约束状态下以定压方式压制，仅适合制作0.45mm以上厚度且容许有大研磨量的切割片压坯，以保证制得不小于0.30mm厚度且符合平面度和平行度要求的终端产品。如以定容方式压制，诸如模具胀裂、内壁划伤及配合间隙增大等引起自动失效，和压坯崁入模具体内、外圆翻边等引起脱模困难的情况不时发生，严重影响了工艺操作的可行性；后者鲜有使用，本发明将其用于切割片压坯成形，主要出于保护业已建立的结构性态，同时力求压坯的平面度和平行度接近最终产品的要求。钢制模具以定压和定容两种方式压制均可，特别是对厚度0.20mm以下切割片的制作十分有利。

3、切割片减薄技术

理论上以前述热压烧结或真空钎焊方法能够一次性制作成形高精度切割片，其内在性能将得以完整无损的保留，这无疑是开发与应用所期待的。实际上依现有工艺状况，还不易达此高精度水平，目前切合实际的做法是对切割片压坯进行后期加工，包括变形矫正、内外圆磨削尤其是厚度研磨，也将不同程度地改变其内在质量。本发明为尽量避免影响最终产品的质量，从抛光要求出发，以机械减薄技术为主，侧重游离磨料双面研磨工艺的探索，建立相对完备的减薄的工艺制度，实现此类产品的精密与微细加工。

减薄在专用平面研磨机上进行，具体操作是将切割片中间产品逐一放入游星轮内，再将其置于下磨盘之上并与内、外齿圈分别啮合，封盖上磨盘后且于0.12-0.18MPa范围内施压，在砂泵从其上端均布注入SiC或Al₂O₃(粒度为10-40μm)油或水性研磨液(浓度为0.25-0.35Kg/ml)的同时，开启太阳轴(主轴)以20-50rpm转速驱动上、下磨盘相互反向圆周运动，其间的游星轮随之旋转并带动工件在研磨液中公转与自转，受压力作用上下表面即受砂粒摩擦磨削，直到尺寸与精度要求。

鉴于减薄工序将使表层金刚石颗粒不同程度地暴露于胎体之上，在加剧表面粗糙、增大切削阻力的同时，亦有可能削弱胎体的把持力，引起磨粒过早脱落，不利于维持刃端良好的切割形貌。基于增强表层胎体耐磨性和磨粒把持力的考虑，拟有针对性地采用PVD气相沉积、化学镀及电镀等表面处理措施予以改善或强化。

切割片规格与形状加工方法根据目前行业使用状况，切割片通用性规格是外径OD74-78×厚度T0.20-0.70×内径ID40和OD56-58×T0.15-0.65×ID40mm。其中外径OD大致有两档即业内简称3寸和2寸刀，分别适配相应的划片机，由主轴功率决定；厚度T在0.15-0.70mm内变化，取决于芯片分布密度、相互间距及外型大小，具体应用户要求确定；内径ID40尚属标准尺寸则保持不变。以上尺寸加工精度为±2-5μm，内孔同轴度为±2-5μm，平面度及平行度均为±10-20μm。

切割片形状则主要取决于芯片的切割方式，也与封装体料性和切割工艺有关。多从圆周呈现连续状、开槽状、尖顶状及斜边状予以区分，其中连续状几乎为行业通用形状，其余则用于特殊场合。

本发明在制得切割片压坯后，通过下述途径完成内外圆加工：(1)出于精度考虑，在工装夹持下利用数控慢走丝切割机床一次性完成切割，也包括了圆周开槽；(2)在加工余量较大情况下，先在普通线切割设备上切割，再借助专用磨床适量修整，以提高尺寸精度；(3)也可在加工余量不大情况下直接在磨床上完成。欲选择何种加工途径要视烧结压坯具体状况及最终产品使用要求确定。切割片经内外圆加工后的减薄加工见上节所述，异形如尖顶状、斜边状等加工通常在光学投影磨床上进行。

本发明的目的在于提供一种能有效保持芯片切割质量的薄型金属基金刚石切割片，该切割片切割精度高且使用寿命长。

一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片，由金属基胎体和金刚石颗粒组成，按重量百分比，该切割片中金刚石浓度为40-70％、粒度为35-65μm。

所述的金属基胎体由70-100重量份的金属粉末、0-25重量份的无机填料和0-5重量份的有机填料组成。

所述金属基胎体由33-87重量份的Cu、13-23重量份的Sn、0-40重量份的CuSn₂₀、0-13重量份的Co和0-10重量份的Ni组成。

所述金属基胎体由45-75重量份的Fe、10-15重量份的Cu、1-5重量份的Sn、2-8重量份的Ag和6-12重量份的Ni组成。

所述无机填料由0-10重量份的Al₂O₃、0-10重量份的SiC和0-3重量份的石墨组成。

所述有机填料是酚醛树脂、聚酰亚胺树脂或环氧树脂中的一种。

一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片的制备方法，按照以下步骤进行：

(1)备料：按照70-100重量份的金属粉末、0-25重量份的无机填料和0-5重量份的有机填料配制金属基胎体原料。首先将金属基胎体原料在涡流混料机中湿混搅拌4-6小时后，其次加入经过筛分除垢的金刚石颗粒，再搅拌1小时以上获得混合料，此后可通过制粒工序制得外形小于1mm的粒状粘接体。金刚石浓度为40-70％、粒度为35-65μm；

(2)冷压预成型：将混合料或制粒料均匀分布于钢模之中，封盖后放于压机下压板上，并施加压力3.92×10³-5.88×10³MPa制得成形压坯，经检验后，将成形压坯置入石墨或钢制热压模具中；

(3)热压烧结：将热压模具连同工件整体移入烧结炉内，在模压应力20-40MPa、升温速度40-90℃/min、烧结温度580-780℃、保温时间10-90min、冷却速度20-100℃/min条件下烧结制得毛坯；

(4)加工成型：经对烧结毛坯进行去毛刺、翻边修正及变形矫正后实施成形加工，制成切割片；

(5)表面涂覆：对切割片表面进行表面强化处理，得到薄型金属基金刚石切割片。

所述的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片用于半导体芯片有机层压板BGA封装体的锯式切割。

本发明公开的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片能够很好的保持刃口切割形貌，在满足芯片加工质量的前提下，具有把持力强、出刃度高及使用寿命长等特点。

附图说明

图1为本发明的胎体成分能谱分析结果图；

图2-a为本发明的烧结工艺为烧结温度600℃、保温时间10min时对胎体相结构组成的影响图；

图2-b为本发明的烧结工艺为烧结温度650℃、保温时间10min时对胎体相结构组成的影响图；

图2-c为本发明的烧结工艺为烧结温度600℃、保温时间60min时对胎体相结构组成的影响图；

图2-d为本发明的烧结工艺为烧结温度650℃、保温时间60min时对胎体相结构组成的影响图；

图3-a为本发明的烧结温度650℃、保温时间10min时金刚石颗粒与金属胎体的界面结合状态图。

图3-b为本发明的烧结温度650℃、保温时间45min时金刚石颗粒与金属胎体的界面结合状态图。

图4-a金刚石与胎体界面结合时的金刚石与胎体间形成TiC过渡层图。

图4-b金刚石与胎体界面结合时的过渡层两侧化学成分变化图。

图4-c金刚石与胎体界面结合时的金刚石表面XRD分析图。

图4-d金刚石与胎体界面结合时的金刚石表面的TiC分布形貌图。

具体实施方式

实施例1：

(1)备料：按照以下重量份比例配制金属基胎体，即35重量份Cu、5重量份Sn、35重量份CuSn₂₀、5重量份Co、5重量份Ni、5重量份Al₂O₃、10重量份SiC、1重量份石墨。首先将各组元料在涡流混料机中湿混搅拌4-6小时后，其次加入经筛分除垢的金刚石颗粒，搅拌约1小时获得均匀混合料，也可将混合料通过制粒工序制成制外形小于1mm的粒状粘接体。金刚石粒度为40μm、浓度为70％；

(2)冷压预成型：将混合料或制粒料辅以适量成形剂或润滑剂均匀分布于钢模空间之中，封盖后放于压机下压板上，缓慢提升至与上压板接触并施加压力

3.92×10³-5.88×10³MPa且适时保压制得成形压坯，经检验包括密度、厚度及其均匀性在内的分层、裂纹、掉边及孔洞等缺陷后，再组装置入石墨或钢制热压模具中；

(3)热压烧结：将热压模具连同工件整体移入烧结炉内，在施加压力25MPa后按照升温速度80℃/min、烧结温度700℃、保温时间15min、冷却速度80℃/min的工艺参数设置热压烧结制取毛坯。本例采用石墨磨具压制；

(4)加工成型：经对烧结毛坯进行去毛刺、翻边修正及变形矫正后实施成形加工，具体按前述有关内外圆切割、厚度减薄等方法制成OD58×T0.26×ID40的切割片。至此经检验、打标及包装等后可直接供用户使用，也可有选择地进行后续表面处理，主要取决于有无改善表面状况和增强侧边耐磨性的必要。

(5)表面涂覆：利用气相沉积、磁控溅射及真空蒸镀等一类PVD低温表面强化技术，以及化学镀、电镀等工艺镀覆硬质涂层，在增强胎体把持力和降低表面粗糙度的同时，提高切割片侧边抗磨损能力。本例未曾进行此处理。

该切割片在Disco EAD6340K划片机上以主轴转速30Krpm、进给量100mm/s切割厚度为0.8mm的PBGA封装体，在切割片直径磨损量小于2mm的控制指标下，其在线测试有效切割长度平均为4.2Km，对应的径向磨损量为1.5mm，磨损率平均为0.36μm/m。

实施例2：

(1)备料：按照78重量份Cu、22重量份Sn、另加1重量份Al₂O₃、1重量份SiC、1重量份石墨配制金属胎体原料。首先将上述原料在涡流混料机中搅拌4-6小时后，加入经过筛分除垢的金刚石颗粒，搅拌约1小时获得均匀混合料，再通过制粒工序将混合料制成制外形小于1mm的粒状粘接体。金刚石粒度为50μm、浓度为55％；

(2)冷压预成型：将混合料或制粒料辅以适量成形剂或润滑剂均匀分布于钢模空间之中，封盖后放于压机下压板上，缓慢提升至与上压板接触并施加压力

3.92×10³-5.88×10³MPa且适时保压制得成形压坯，经检验包括密度、厚度及其均匀性在内的分层、裂纹、掉边及孔洞等缺陷后，再组装置入石墨或钢制热压模具中；

(3)热压烧结：将热压模具连同工件整体移入烧结炉内，在施加压力22MPa后按照升温速度50℃/min、烧结温度650℃、保温时间10min、冷却速度100℃/min的工艺参数设置烧结制取毛坯。本例采用石墨磨具压制；

(4)加工成型：经对烧结毛坯进行去毛刺、翻边修正及变形矫正后实施成形加工，具体按前述有关内外圆切割、厚度减薄等方法进行，最终制成OD58×T0.37×ID40-Slot2×1的切割片。至此经检验、打标及包装等工序后可直接供给用户使用，也可有选择地进行后续表面处理，主要取决于有无改善表面状况和增强侧边耐磨性的必要。

(5)表面涂覆：利用气相沉积、磁控溅射及真空蒸镀等一类PVD低温表面强化技术，以及化学镀、电镀等工艺镀覆硬质涂层，在增强胎体把持力和降低表面粗糙度的同时，提高切割片侧边抗磨损能力。本例未曾进行此处理。

在Disco EAD6430K上以40Krpm转速、130mm/s进给量切割厚度为1.0mm的MCP封装体，在切割片直径磨损量小于1.5mm的要求下，其在线测试有效切割长度平均为4.9Km，对应的径向磨损量为1.2mm，径向磨损率平均为0.24μm/m。

在Disco EAD6430K上以转速40Krpm、进给量110mm/s切割厚度为0.8mm的FBGA封装体，在控制切割片直径磨损量小于2.1mm的条件下，其在线测试有效切割长度平均为6.5Km，对应的径向磨损量2mm，磨损率平均为0.30μm/m。

胎体构成与上述两测试实例完全相同，但改变金刚石粒度和浓度分别为65μm和60％，烧结工艺只改变保温时间为45min，其余维持不变。所制相同规格与形状的切割片在EAD6430K上以主轴转速40Krpm、进给量110mm/s切割厚度为0.8mm的FBGA封装体，在锯刀直径磨损量小于2.1mm的要求下，其在线测试有效切长为7.4Km，对应的径向磨损量1.8mm，磨损率平均为0.24μm/m。

实施例3：

(1)备料：按照50重量份CuSn₂₀、38重量份Cu、12重量份Sn配制金属基胎体。将上述原料在涡流混料机中搅拌4-6小时后，加入经过筛分除垢的金刚石颗粒，搅拌约1小时获得均匀混合料，再将混合料通过制粒工序制成制外形小于1mm的粒状粘接体。金刚石粒度为55μm、浓度为55％；

(2)冷压预成型：将混合料或制粒料辅以适量成形剂或润滑剂均匀分布于钢模之中，封盖后放于压机下压板上，缓慢提升至与上压板接触并施加压力3.92×10³-5.88×10³MPa且适时保压制得成形压坯，经检验包括密度、厚度及其均匀性在内的分层、裂纹、掉边及孔洞等缺陷后，再组装置入石墨或钢制热压模具中；

(3)热压烧结：将热压模具连同工件整体移入烧结炉内，在施加压力22MPa后按照升温速度50℃/min、烧结温度650℃、保温时间15min、冷却速度100℃/min的工艺参数设置热压烧结制取毛坯。本例采用石墨磨具压制；

(4)加工成型：经对烧结毛坯进行去毛刺、翻边修正及变形矫正后实施成形加工，具体按前述有关内外圆切割、厚度减薄等方法进行，最终制成OD58×T0.37×ID40—Slot2×1的切割片。至此经检验、打标及包装等工序后可直接供给用户使用，也可有选择地进行后续表面处理，主要取决于有无改善表面状况和增强侧边耐磨性的必要。

(5)表面涂覆：利用气相沉积、磁控溅射及真空蒸镀等一类PVD低温表面强化技术，以及化学镀、电镀等工艺镀覆硬质涂层，在增强胎体把持力和降低表面粗糙度的同时，提高切割片侧边抗磨损能力。本例未曾进行此处理。

在Disco EAD6430K上以40Krpm转速、130mm/s进给量切割厚度为1.0mm的MCP封装体，在直径磨损量小于1.3mm的要求下，其在线测试有效切长为3.5Km，对应的径向磨损量为0.68mm，磨损率为0.20μm/m。

实施例4：

(1)备料：按照35重量份CuSn₂₀、35重量份Cu、5重量份Sn、10重量份Co、10重量份SiC、5重量份Al₂O₃配制金属基胎体。将上述原料在涡流混料机中搅拌4-6小时后，其次加入经过筛分除垢的金刚石颗粒，搅拌约1小时获得均匀混合料，再通过制粒工序将混合料制成制外形小于1mm的粒状粘接体。金刚石粒度为50μm、浓度为60％；

(2)冷压预成型：将混合料或制粒料辅以适量成形剂或润滑剂均匀分布于钢模之中，封盖后放于压机下压板上，缓慢提升至与上压板接触并施加压力3.92×10³-5.88×10³MPa且适时保压制得成形压坯，经检验包括密度、厚度及其均匀性在内的分层、裂纹、掉边及孔洞等缺陷后，再组装置入石墨或钢制热压模具中；

(3)热压烧结：将热压模具连同工件整体移入烧结炉内，在施加压力25MPa后按照升温速度50℃/min、烧结温度650℃、保温时间5min、冷却速度100℃/min的工艺参数设置热压烧结制取毛坯。本例采用石墨磨具压制；

(4)加工成型：经对烧结毛坯进行去毛刺、翻边修正及变形矫正后实施成形加工，具体按前述有关内外圆切割、厚度减薄等方法制成OD 76.2×T0.30×ID40的切割片。

至此经检验、打标及包装等工序后可直接供给用户使用，也可有选择地进行后续表面处理，主要取决于有无改善表面状况和增强侧边耐磨性的必要。

(5)表面涂覆：利用气相沉积、磁控溅射及真空蒸镀等一类PVD低温表面强化技术，以及化学镀、电镀等工艺镀覆硬质涂层，在增强胎体把持力和降低表面粗糙度的同时，提高切割片侧边抗磨损能力。本例采用化学镀处理。

在Fico Miss II上以23Krpm转速、150mm/s进给量切割厚度为1.45mm的SiP封装体，在直径磨损量小于2.4mm的要求下，其在线测试有效切割长度为4.7Km，对应的径向磨损量为2.2mm，平均磨损率为0.46μm/m。

实施例5：

(1)备料：按照25重量份CuSn₂₀、58重量份Cu、17重量份Sn配制金属基胎体。将上述原料在涡流混料机中搅拌4-6小时后，加入经过筛分除垢的金刚石颗粒，搅拌约1小时获得均匀混合料，也可通过制粒工序制成制外形小于1mm的粒状粘接体。金刚石粒度为40μm、浓度为60％；

(2)冷压预成型：将混合料或制粒料辅以适量成形剂或润滑剂均匀分布于钢模之中，封盖后放于压机下压板上，缓慢提升至与上压板接触并施加压力3.92×10³-5.88×10³MPa且适时保压制得成形压坯，经检验包括密度、厚度及其均匀性在内的分层、裂纹、掉边及孔洞等缺陷后，再组装置入石墨或钢制热压模具中；

(3)热压烧结：将热压模具连同工件整体移入烧结炉内，在施压25MPa后按照升温速度50℃/min、烧结温度650℃、保温时间10min、冷却速度100℃/min的工艺参数设置热压烧结制取毛坯。本例采用钢模压制；

(4)加工成型：经对烧结毛坯进行去毛刺、翻边修正及变形矫正后实施成形加工，具体按前述有关内外圆切割、厚度减薄等方法制成OD76.2×T0.19×ID40的切割片。至此经检验、打标及包装等工序后可直接供给用户使用，也可有选择地进行后续表面处理，主要取决于有无改善表面状况和增强侧边耐磨性的必要。

(5)表面涂覆：利用气相沉积、磁控溅射及真空蒸镀等一类PVD低温表面强化技术，以及化学镀、电镀等工艺镀覆硬质涂层，在增强胎体把持力和降低表面粗糙度的同时，提高切割片侧边抗磨损能力。本例未曾进行此处理。

在Disco EAD6430K上以主轴转速30Krpm、进给量250mm/s切割厚度为1.4mm的FBGA封装体，在切割片直径磨损量小于2.8mm的要求下，其在线测试有效切割长度平均为7Km，对应的径向磨损量2.2mm，径向磨损率平均为0.32μm/m。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片，由金属基胎体和金刚石颗粒组成，其特征在于：按重量百分比，该金属基金刚石切割片中金刚石浓度为40-70％、粒度为35-65μm。

2.根据权利要求1所述的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片，其特征在于：所述的金属基胎体由70-100重量份的金属粉末、0-25重量份的无机填料和0-5重量份的有机填料组成。

3.根据权利要求1所述的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片，其特征在于：所述的金属胎体由33-87重量份的Cu、0-40重量份的CuSn₂₀、13-23重量份的Sn、0-13重量份的Co及0-10重量份的Ni组成。

4.根据权利要求1所述的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片，其特征在于：所述的金属胎体由45-75重量份的Fe、10-15重量份的Cu、1-5重量份的Sn、2-8重量份的Ag及6-12重量份的Ni组成。

5.根据权利要求2所述的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片，其特征在于：所述无机填料由0-10重量份的SiC、0-10重量份的Al₂O₃及0-3重量份的石墨组成。

6.根据权利要求1所述的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片，其特征在于：所述有机填料是酚醛树脂、聚酰亚胺树脂或环氧树脂中的一种。

7、一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片的制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行：

(1)备料：按照70-100重量份的金属粉末、0-25重量份的无机填料和0-5重量份的有机填料配制金属基胎体原料；首先将构成金属基胎体的各组元的原料在涡流混料机中湿混搅拌4-6小时后，再将经过筛分除垢的金刚石颗粒加入其中，搅拌1小时获得成分均匀及磨粒均布的混合料，此后通过制粒工序制成外形小于1mm的粒状粘接体；金刚石浓度为40-70％、粒度为35-65μm；

(2)冷压预成型：将混合料或粘接体均匀分布于钢模之中，封盖后放于压机下压板上，并施加压力3.92×10³-5.88×10³MPa制得成形压坯，将成形压坯置入石墨或钢制热压模具中；

(3)热压烧结：将热压模具连同工件整体移入烧结炉内，热压烧结得到烧结毛坯，具体实施工艺为模压压力20-40MPa、升温速度40-90℃/min、烧结温度580-780℃、保温时间10-90min、冷却速度20-100℃/min；

(4)加工成型：经对烧结毛坯进行去毛刺、翻边修正及变形矫正后实施成形加工，制成切割片；

(5)表面涂覆：对切割片表面进行表面强化处理，得到薄型金属基金刚石切割片。

8、根据权利要求7所述的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片的制备方法，其特征在于：所述的表面强化处理是电镀、化学镀或气相沉积。

9、根据权利要求1所述的一种半导体芯片BGA封装体锯式切割用薄型金属基金刚石切割片，其特征在于：所述的薄型金属基金刚石切割片用于IC芯片有机层压板BGA封装体的锯式切割。

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