ما هو تقطيع رقائق السيليكون؟

A رقاقةيجب أن تمر سبيكة أشباه الموصلات بثلاث مراحل لتصبح رقاقة حقيقية: أولاً، تُقطع السبيكة ذات الشكل الكتلي إلى رقائق؛ في المرحلة الثانية، تُحفر الترانزستورات على وجه الرقاقة من خلال المرحلة السابقة؛ وأخيرًا، تتم عملية التغليف، أي من خلال عملية القطع،رقاقةتُصبح شريحة أشباه موصلات كاملة. يتضح أن عملية التغليف تُصنف ضمن عمليات التصنيع النهائية. في هذه العملية، تُقطع الرقاقة إلى عدة شرائح سداسية الأوجه منفصلة. تُسمى عملية الحصول على شرائح مستقلة "التقطيع"، وتُسمى عملية نشر لوحة الرقاقة إلى مكعبات مستقلة "قطع الرقاقة (نشر القالب)". مؤخرًا، ومع تحسن تكامل أشباه الموصلات، أصبح سُمكرقائق السيليكونأصبحت أرق فأرق، مما يسبب بالطبع الكثير من الصعوبة في عملية "التفرد".

تطور تقطيع الرقائق

تطورت عمليات الواجهة الأمامية والخلفية من خلال التفاعل بطرق مختلفة: يمكن لتطور عمليات الواجهة الخلفية أن يحدد بنية وموقع الرقائق الصغيرة سداسية الأوجه المنفصلة عن الشريحة علىرقاقةوكذلك بنية وموقع نقاط التوصيل (مسارات التوصيل الكهربائي) على الرقاقة؛ على العكس من ذلك، فقد أدى تطور عمليات التصنيع الأمامية إلى تغيير عملية وطريقةرقاقةتُستخدم تقنيات ترقيق الجزء الخلفي وتقطيع القوالب في عملية التصنيع النهائية. لذا، فإن المظهر المتطور للعبوة سيؤثر بشكل كبير على هذه العملية. علاوة على ذلك، سيتغير عدد عمليات التقطيع وإجراءاتها وأنواعها تبعًا لتغير مظهر العبوة.

سكرايب دايسينج

في الأيام الأولى، كان "الكسر" عن طريق تطبيق قوة خارجية هو الطريقة الوحيدة لتقسيم المكعبات التي يمكن أن تقسمرقاقةفي قوالب سداسية الأوجه. مع ذلك، تنطوي هذه الطريقة على عيوبٍ تتمثل في تكسر أو تشقق حواف الرقائق الصغيرة. إضافةً إلى ذلك، ولأن النتوءات على سطح المعدن لا تُزال تمامًا، فإن سطح القطع يكون خشنًا للغاية.
ولحل هذه المشكلة، ظهرت طريقة القطع "النقش"، أي قبل "الكسر"، يتم تجهيز سطحرقاقةيُقطع إلى نصف العمق تقريبًا. تشير عملية "النقش"، كما يوحي الاسم، إلى استخدام دافع لنشر (قطع نصف) الجانب الأمامي للرقاقة مسبقًا. في البدايات، كانت معظم الرقاقات التي يقل قطرها عن 6 بوصات تستخدم طريقة القطع هذه، حيث يتم أولًا "التقطيع" بين الرقائق ثم "الكسر".

تقطيع بالشفرات أو نشر بالشفرات

تطورت طريقة القطع "بالنقش" تدريجيًا إلى طريقة القطع "بالشفرة" (أو النشر)، وهي طريقة للقطع باستخدام شفرة مرتين أو ثلاث مرات متتالية. تعالج طريقة القطع "بالشفرة" مشكلة تقشر الرقائق الصغيرة عند "الكسر" بعد "النقش"، كما تحمي هذه الرقائق الصغيرة أثناء عملية "التقطيع". يختلف القطع "بالشفرة" عن القطع "بالتقطيع" السابق، أي أنه بعد القطع "بالشفرة"، لا يحدث "كسر"، بل يتم القطع مرة أخرى باستخدام شفرة. لذلك، تُسمى أيضًا طريقة "التقطيع المتدرج".

لحماية الرقاقة من التلف الخارجي أثناء عملية القطع، يُطبّق غشاء واقٍ عليها مسبقًا لضمان فصلها بشكل آمن. أثناء عملية "الطحن الخلفي"، يُلصق الغشاء على وجه الرقاقة. أما في عملية القطع "بالشفرة"، فيُلصق الغشاء على ظهر الرقاقة. أثناء عملية ربط الرقاقات (تثبيت الرقاقات المفصولة على لوحة الدوائر المطبوعة أو الإطار الثابت)، يسقط الغشاء الملصق على الظهر تلقائيًا. نظرًا للاحتكاك العالي أثناء القطع، يجب رش الماء المقطر باستمرار من جميع الاتجاهات. إضافةً إلى ذلك، يجب تزويد المروحة بجزيئات الماس لتحسين عملية القطع. في هذه المرحلة، يجب أن يكون القطع (سُمك الشفرة: عرض الأخدود) منتظمًا ولا يتجاوز عرض أخدود التقطيع.
لطالما كانت عملية النشر الطريقة التقليدية الأكثر شيوعًا لقطع الرقاقات. وتكمن ميزتها الأكبر في قدرتها على قطع عدد كبير من الرقاقات في وقت قصير. مع ذلك، فإن زيادة سرعة تغذية الشريحة بشكل كبير تزيد من احتمالية تقشر حواف الرقاقات. لذا، ينبغي ضبط عدد دورات المروحة عند حوالي 30,000 دورة في الدقيقة. يتضح أن تقنية تصنيع أشباه الموصلات غالبًا ما تكون سرًا تراكم ببطء عبر فترة طويلة من الخبرة والتجربة والخطأ (سنتناول في القسم التالي، الخاص بالربط الإيوتكتيكي، موضوع القطع وتقنية DAF).

التقطيع قبل الطحن (DBG): لقد غيّر تسلسل التقطيع الطريقة

عند استخدام القطع بالشفرة على رقاقة سيليكون بقطر 8 بوصات، لا داعي للقلق بشأن تقشر أو تشقق حواف الرقاقة. ولكن مع زيادة قطر الرقاقة إلى 21 بوصة، وتناقص سمكها بشكل كبير، تبدأ ظاهرة التقشر والتشقق بالظهور مجددًا. وللحد بشكل ملحوظ من التأثير المادي على الرقاقة أثناء عملية القطع، استُبدلت طريقة القطع التقليدية بطريقة "التقطيع قبل الطحن" (DBG). فعلى عكس طريقة القطع التقليدية بالشفرة التي تقطع بشكل متواصل، تقوم DBG أولًا بالقطع بالشفرة، ثم تُقلل سمك الرقاقة تدريجيًا من خلال ترقيق الجانب الخلفي باستمرار حتى تنقسم الرقاقة. ويمكن القول إن DBG هي نسخة مطورة من طريقة القطع بالشفرة السابقة. ونظرًا لقدرتها على تقليل تأثير القطع الثاني، فقد انتشرت طريقة DBG بسرعة في مجال تغليف الرقاقات.

تقطيع بالليزر

تعتمد عملية تغليف الرقاقات على مستوى الرقاقة (WLCSP) بشكل أساسي على القطع بالليزر. يقلل القطع بالليزر من ظواهر مثل التقشر والتشقق، مما يُحسّن جودة الرقاقات، ولكن عند تجاوز سُمك الرقاقة 100 ميكرومتر، تنخفض الإنتاجية بشكل كبير. لذلك، يُستخدم غالبًا مع الرقاقات التي يقل سُمكها عن 100 ميكرومتر (رقيقة نسبيًا). يقطع القطع بالليزر السيليكون بتطبيق ليزر عالي الطاقة على أخدود القطع الموجود على الرقاقة. مع ذلك، عند استخدام طريقة القطع بالليزر التقليدية، يجب وضع طبقة واقية على سطح الرقاقة مسبقًا. نظرًا لتسخين أو تشعيع سطح الرقاقة بالليزر، تُحدث هذه التلامسات أخاديد على سطحها، وتلتصق بها شظايا السيليكون المقطوعة. يتضح أن طريقة القطع بالليزر التقليدية تقطع سطح الرقاقة مباشرةً، وهي في هذا الجانب تُشبه طريقة القطع بالشفرة.

التقطيع الخفي (SD) هو أسلوب يعتمد على قطع السطح الداخلي للرقاقة باستخدام طاقة الليزر، ثم الضغط على الشريط اللاصق الموجود على ظهرها لقطعه، وبالتالي فصل الشريحة. عند الضغط على الشريط، ترتفع الرقاقة فورًا نتيجة تمدد الشريط، مما يؤدي إلى فصل الشريحة. تتميز تقنية التقطيع الخفي عن طريقة القطع بالليزر التقليدية بما يلي: أولًا، عدم وجود مخلفات سيليكون؛ ثانيًا، ضيق عرض القطع (عرض أخدود القطع)، مما يسمح بالحصول على عدد أكبر من الشرائح. إضافةً إلى ذلك، تقلل هذه التقنية بشكل كبير من ظاهرة التقشر والتشقق، وهو أمر بالغ الأهمية لجودة القطع. لذلك، من المرجح أن تصبح تقنية التقطيع الخفي التقنية الأكثر شيوعًا في المستقبل.

تقطيع البلازما
يُعدّ القطع بالبلازما تقنية حديثة تستخدم حفر البلازما للقطع أثناء عملية التصنيع. تستخدم هذه التقنية مواد شبه غازية بدلاً من السوائل، مما يقلل من تأثيرها على البيئة. كما أنها تعتمد على قطع الرقاقة بأكملها دفعة واحدة، ما يُسرّع عملية القطع. مع ذلك، تعتمد تقنية البلازما على غازات التفاعل الكيميائي كمادة خام، وعملية الحفر معقدة للغاية، مما يجعل إجراءاتها أكثر تعقيداً. لكن بالمقارنة مع القطع التقليدي والقطع بالليزر، لا يُلحق القطع بالبلازما أي ضرر بسطح الرقاقة، مما يقلل من نسبة العيوب ويُحسّن إنتاجية الرقائق.

في الآونة الأخيرة، ومع انخفاض سُمك الرقاقات إلى 30 ميكرومترًا، وازدياد استخدام النحاس أو المواد ذات ثابت العزل الكهربائي المنخفض، باتت طرق القطع بالبلازما أكثر رواجًا لتجنب النتوءات. وبالطبع، تشهد تقنية القطع بالبلازما تطورًا مستمرًا. أعتقد أنه في المستقبل القريب، لن تكون هناك حاجة لارتداء قناع خاص أثناء الحفر، لأن هذا يُعدّ اتجاهًا رئيسيًا لتطوير هذه التقنية.

مع استمرار انخفاض سُمك الرقاقات من 100 ميكرومتر إلى 50 ميكرومتر ثم إلى 30 ميكرومتر، تطورت أساليب قطع الرقاقات المستقلة، وانتقلت من القطع التقليدي والقطع بالشفرة إلى القطع بالليزر والقطع بالبلازما. ورغم أن تطور أساليب القطع قد رفع تكلفة عملية القطع نفسها، إلا أنه من جهة أخرى، وبفضل الحدّ الكبير من الظواهر غير المرغوب فيها، كالتقشر والتشقق، التي تحدث عادةً في قطع رقائق أشباه الموصلات، وزيادة عدد الرقاقات المُنتَجة من كل رقاقة، انخفضت تكلفة إنتاج الرقاقة الواحدة. وبطبيعة الحال، ترتبط زيادة عدد الرقاقات المُنتَجة من كل وحدة مساحة ارتباطًا وثيقًا بانخفاض عرض مسار القطع. وباستخدام القطع بالبلازما، يُمكن الحصول على ما يقارب 20% رقائق إضافية مقارنةً بالقطع بالشفرة، وهو ما يُعدّ سببًا رئيسيًا لاختيار القطع بالبلازما. مع تطور وتغير الرقائق، ومظهر الرقائق وطرق التغليف، تظهر أيضًا عمليات قطع متنوعة مثل تكنولوجيا معالجة الرقائق و DBG.