一种耐高功率激光切割的保护材料及其制备方法与流程

本发明属于激光切割，涉及一种耐高功率激光切割的保护材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着芯片产业的高速发展，为了提升芯片散热效率、减小芯片封装体积、降低芯片内部应力、提升电气性能，其厚度越来越薄，作为芯片来源的晶圆厚度也越来越薄，而随着晶圆的减薄，切割难度也在不断提升。半导体晶圆材料以gaas、inp、gan和sic为主，这些材料脆性大，刀轮切割产生的机械应力极易导致崩边、碎裂的问题。尤其是以碳化硅为代表的第三代半导体，其莫氏硬度与金刚石基本一致，采用刀轮切割会导致刀轮磨损较快，更换十分频繁，增加成本，并且效率低下。而随着晶圆厚度的减薄以及切割精度的提高，刀轮切割过程产生崩边、碎裂等问题也越来越严重，已经远不能满足产线的良率与产率要求，因此激光切割成为其主要选择。

2、激光烧蚀切割采用无接触式加工，其利用激光与材料相互作用产生的物理现象，包括热学效应与力学效应进行加工。随着激光功率密度的增加，材料分别经历加热、熔化、汽化过程。该过程不会对晶圆产生机械应力作用，对晶圆损伤较小。在切割过程中由于会产生碎片及熔渣，所以要先涂覆切割保护材料，该材料能够有效降低激光切割制程的过热烧灼，避免切割过程产生的颗粒附着晶圆，从而避免热影响区域芯片受到损伤及污染。而随着晶圆的不断减薄，对于gaas、inp这些莫氏硬度较低的脆性材料而言，其减薄后断裂强度会更小，极易因断裂而造成晶圆报废。因此对于这种非常薄(厚度<200μm)的晶圆而言，激光全切是其主要选择。全切功率较表切会大很多，切割功率的提高对保护材料的耐热性也提出了更高的要求。

3、目前市场上的激光切割保护材料耐热性较差(5％以内的失重温度小于300℃)，膜厚较薄，在高功率激光切割时，材料发生变性，失去保护效果，在激光烧蚀切割后会导致清洗后切割道附近碳化残留严重，污染芯片，甚至造成芯片损伤。

4、因此，在本领域中，期望开发一种耐高功率激光切割的保护材料。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐高功率激光切割的保护材料及其制备方法。本发明提供的保护材料能够降低激光切割制程的过热烧灼、减少碎片颗粒附着晶圆、解决高功率激光切割制程中切割道碳化残留问题，并且具有易于用纯水清洗的特点。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种耐高功率激光切割的保护材料，所述保护材料按照重量百分比计，包括如下组分：

4、

5、所述耐热性水溶性树脂包括水溶性pet和/或聚苯乙烯磺酸钠；

6、所述助剂包括流平剂，所述流平剂包括氟碳表面活性剂和聚硅氧烷低聚物。

7、本发明提供的保护材料包括耐热性水溶性树脂、水溶性uv吸收剂、助剂和溶剂的组合，通过特定组分的筛选和协同复配，尤其是对耐热性水溶性树脂和助剂的选择进行限定，进一步地，对耐热性水溶性树脂的含量和分子量进行限定，使得该保护材料具有高膜厚起隔热吸附作用，解决了高功率激光切割后切割道附近的碳化残留问题，并具有较好的流平性能。

8、在本发明中，耐热性水溶性树脂带有苯环刚性结构，该结构具有优异的耐温性能，可防止材料在高温下变性，丧失水洗性能。并且，耐热性水溶性树脂的含量在配方中大于10％，保证了成膜后有一定的膜厚达到隔热吸附碎屑的效果。

9、在本发明中，流平剂包括氟碳表面活性剂与聚硅氧烷低聚物的组合，氟碳表面活性剂能够降低静态表面张力，起到快速润湿基材作用，聚硅氧烷低聚物能够降低高速旋转时的动态表面张力，保证膜面平整无缺陷，两者复配可以实现良好的流平性能。

10、在本发明中，所述耐高功率激光切割的保护材料，其中，“高功率”指的是激光切割制程中的功率为≥4w，例如4w、5w、6w、7w、8w、9w、10w、12w、15w、20w等。

11、在本发明中，所述保护材料按照重量百分比计，耐热性水溶性树脂的用量可以为15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、33％、35％、38％、40％等。

12、在本发明中，所述保护材料按照重量百分比计，水溶性uv吸收剂的用量可以为1％、2％、3％、4％、5％等。

13、在本发明中，所述保护材料按照重量百分比计，助剂的用量可以为1％、2％、3％、4％、5％等。

14、在本发明中，所述保护材料按照重量百分比计，溶剂的用量可以为50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、83％等。

15、优选地，所述耐热性水溶性树脂还包括聚醚酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合。

16、优选地，所述耐热性水溶性树脂为水溶性pet与聚苯乙烯磺酸钠的组合或水溶性pet与聚乙烯吡咯烷酮的组合或聚苯乙烯磺酸钠与聚乙烯吡咯烷酮的组合。

17、优选地，所述耐热性水溶性树脂的重均分子量为9000-50000，例如9000、10000、12000、15000、18000、20000、25000、30000、35000、40000、45000、50000等。

18、优选地，所述水溶性pet和所述聚苯乙烯磺酸钠的重均分子量各自独立地为9000-15000，例如9000、10000、11000、12000、13000、14000、15000等。低分子量物质在胶水(即保护材料)粘度较小的情况下提供更高的膜厚。

19、优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为20000-50000，例如20000、25000、30000、35000、40000、45000、50000等。

20、优选地，所述水溶性uv吸收剂包括苯并三唑类、羟基苯基三嗪、二苯乙烯型磺酸盐中的任意一种或至少两种的组合。本发明的uv吸收剂带有较多刚性结构，该结构的uv吸收剂具有优异的耐温性能。

21、本发明提供的耐高功率激光切割的保护材料，通过带有刚性结构的水溶性pet树脂与带刚性结构的uv吸收剂的搭配，首先将高能量的光能转化为热能，然后树脂薄膜起到隔热作用，并吸附激光高温切割下产生的碎屑颗粒，在切割清洗后水溶性薄膜连同吸附的碎屑颗粒一起被diw冲走，从而保护切割道附近芯片免受热损伤及污染。

22、优选地，所述水溶性uv吸收剂包括2-苯基苯并咪唑-5-磺酸和/或对苯二亚甲基二樟脑磺酸。

23、优选地，所述助剂还包括缓蚀剂。

24、优选地，所述缓蚀剂包括复合三元醇酸盐、1,2,4-三氮唑、磷酸酯、硼酸酯中的任意一种或至少两种的组合。缓蚀剂可避免晶圆上的金属材质器件被腐蚀。

25、优选地，所述流平剂还包括丙烯酸聚合物和/或酯类聚合物。

26、优选地，所述溶剂包括纯水和/或醇醚类溶剂，优选纯水和醇醚类溶剂的组合。水与醇醚类溶剂形成的共沸体系，有助于降低体系的饱和蒸气压，从而降低挥发度，提供优异的冷却性能。

27、优选地，所述醇醚类溶剂包括异丙醇、乙醇、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、乙二醇单甲醚、乙二醇叔丁醚、丙二醇单乙醚中的任意一种或至少两种的组合。

28、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的耐高功率激光切割的保护材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

29、将配方量的溶剂、耐热性水溶性树脂混合，然后加入水溶性uv吸收剂、助剂，再次混合，得到所述耐高功率激光切割的保护材料。

30、优选地，所述混合的转速为600-1000rpm，例如600rpm、700rpm、800rpm、900rpm、1000rpm等，所述混合的时间为1-5h，例如1h、2h、3h、4h、5h等。

31、优选地，所述再次混合的时间为1-2h，例如1h、1.5h、2h等。

32、优选地，所述再次混合后还包括过滤的步骤。

33、优选地，所述过滤的滤芯为0.1-0.5μm，例如0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm等。

34、优选地，所述过滤在0.1-0.5mpa(例如0.1mpa、0.2mpa、0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa等)下进行。

35、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

36、本发明提供的保护材料包括耐热性水溶性树脂、水溶性uv吸收剂、助剂和溶剂的组合，通过特定组分的筛选和协同复配，尤其是对耐热性水溶性树脂和助剂的选择进行限定，进一步地，对耐热性水溶性树脂的含量和分子量进行限定，使得该保护材料具有高膜厚起隔热吸附作用，解决了高功率激光切割后切割道附近的碳化残留问题，并具有较好的流平性能。