لماذا نحتاج إلى التخفيف؟

في مرحلة معالجة البيانات الخلفية،رقاقة (رقاقة السيليكونتتطلب الرقاقات ذات الدوائر الأمامية ترقيقًا من الخلف قبل عمليات التقطيع واللحام والتغليف اللاحقة، وذلك لتقليل ارتفاع تركيب العبوة، وتقليل حجمها، وتحسين كفاءة الانتشار الحراري، والأداء الكهربائي، والخواص الميكانيكية، وتقليل كمية التقطيع. يتميز الطحن الخلفي بالكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة، وقد حلّ محل عمليات الحفر الرطب والحفر الأيوني التقليدية ليصبح أهم تقنيات ترقيق الرقاقات من الخلف.

الرقاقة الرقيقة

كيف أنحف؟

العملية الرئيسية لترقيق الرقاقات في عملية التغليف التقليدية

الخطوات المحددة لـرقاقةتتمثل عملية الترقيق في ربط الرقاقة المراد معالجتها بطبقة الترقيق، ثم استخدام الفراغ لشفط طبقة الترقيق والرقاقة عليها إلى طاولة الرقاقات الخزفية المسامية. يتم ضبط الخطوط المركزية الدائرية الداخلية والخارجية لسطح عمل عجلة التجليخ الماسية ذات الشكل الكأسي لتتوسط رقاقة السيليكون، وتدور رقاقة السيليكون وعجلة التجليخ حول محاورهما لإجراء عملية التجليخ الدقيق. تتضمن عملية التجليخ ثلاث مراحل: التجليخ الخشن، والتجليخ الدقيق، والتلميع.

تُصقل رقاقة السيليكون الخارجة من المصنع من الخلف لتقليل سمكها إلى السماكة المطلوبة للتغليف. أثناء عملية الصقل، يُغطى الجانب الأمامي (المنطقة النشطة) بشريط لاصق لحماية منطقة الدائرة، ويُصقل الجانب الخلفي في الوقت نفسه. بعد الصقل، يُزال الشريط اللاصق ويُقاس سمك الرقاقة.
تشمل عمليات الطحن التي تم تطبيقها بنجاح في تحضير رقائق السيليكون الطحن باستخدام طاولة دوارة،رقاقة السيليكونالطحن الدوراني، والطحن على الوجهين، وما إلى ذلك. مع التحسين المستمر لمتطلبات جودة سطح رقائق السيليكون أحادية البلورة، يتم اقتراح تقنيات طحن جديدة باستمرار، مثل طحن تايكو، والطحن الكيميائي الميكانيكي، والطحن بالتلميع، والطحن بالقرص الكوكبي.

طحن الطاولة الدوارة:

تُعدّ عملية الطحن باستخدام الطاولة الدوارة (الطحن بالطاولة الدوارة) من عمليات الطحن المبكرة المستخدمة في تحضير رقائق السيليكون وترقيقها من الخلف. يوضح الشكل 1 مبدأ عملها. تُثبّت رقائق السيليكون على أكواب الشفط الخاصة بالطاولة الدوارة، وتدور بشكل متزامن بفعل دوران الطاولة. لا تدور رقائق السيليكون نفسها حول محورها؛ بل تُغذّى عجلة الطحن محوريًا أثناء دورانها بسرعة عالية، ويكون قطر عجلة الطحن أكبر من قطر رقاقة السيليكون. يوجد نوعان من الطحن باستخدام الطاولة الدوارة: الطحن الغاطس والطحن المماسي. في الطحن الغاطس، يكون عرض عجلة الطحن أكبر من قطر رقاقة السيليكون، ويستمر محور عجلة الطحن في التغذية على طول اتجاهه المحوري حتى تتم معالجة الزيادة، ثم تدور رقاقة السيليكون بفعل دوران الطاولة الدوارة. في عملية الطحن المماسي للوجه، تتغذى عجلة الطحن على طول اتجاهها المحوري، وتدور رقاقة السيليكون باستمرار تحت قيادة القرص الدوار، ويتم إكمال عملية الطحن عن طريق التغذية الترددية (الترددية) أو التغذية الزاحفة (التغذية الزاحفة).

الشكل 1، رسم تخطيطي لمبدأ الطحن باستخدام طاولة دوارة (السطح المماسي)

بالمقارنة مع طريقة التجليخ التقليدية، يتميز التجليخ باستخدام طاولة دوارة بمعدل إزالة عالٍ، وتلف سطحي ضئيل، وسهولة التشغيل الآلي. مع ذلك، تتغير مساحة التجليخ الفعلية (التجليخ النشط) B وزاوية القطع θ (الزاوية بين الدائرة الخارجية لعجلة التجليخ والدائرة الخارجية لرقاقة السيليكون) أثناء عملية التجليخ بتغير موضع قطع عجلة التجليخ، مما يؤدي إلى عدم استقرار قوة التجليخ، ويصعب معه الحصول على دقة سطح مثالية (قيمة TTV عالية)، ويتسبب بسهولة في عيوب مثل انهيار الحواف. تُستخدم تقنية التجليخ باستخدام طاولة دوارة بشكل أساسي لمعالجة رقائق السيليكون أحادية البلورة التي يقل حجمها عن 200 مم. وقد فرض ازدياد حجم رقائق السيليكون أحادية البلورة متطلبات أعلى لدقة السطح ودقة حركة طاولة العمل، لذا فإن التجليخ باستخدام طاولة دوارة غير مناسب لتجليخ رقائق السيليكون أحادية البلورة التي يزيد حجمها عن 300 مم.
لتحسين كفاءة الطحن، تعتمد معدات الطحن المماسي التجارية عادةً على بنية متعددة العجلات. فعلى سبيل المثال، تُجهز المعدات بمجموعة من عجلات الطحن الخشن ومجموعة من عجلات الطحن الدقيق، وتدور الطاولة الدوارة دورة كاملة لإتمام عمليتي الطحن الخشن والدقيق بالتتابع. ومن أمثلة هذا النوع من المعدات، جهاز G-500DS من شركة GTI الأمريكية (الشكل 2).

الشكل 2، معدات الطحن الدوارة G-500DS من شركة GTI في الولايات المتحدة

طحن رقائق السيليكون بالدوران:

لتلبية احتياجات تحضير رقائق السيليكون كبيرة الحجم ومعالجة ترقيقها من الخلف، وللحصول على دقة سطحية عالية مع قيمة TTV جيدة، اقترح الباحث الياباني ماتسوي في عام 1988 طريقة طحن رقائق السيليكون الدوراني (الطحن بالتغذية). يوضح الشكل 3 مبدأ هذه الطريقة. تدور رقاقة السيليكون أحادية البلورة وعجلة الطحن الماسية ذات الشكل الكأسي المثبتة على طاولة العمل حول محاورها، ويتم تغذية عجلة الطحن باستمرار على طول المحور في الوقت نفسه. قطر عجلة الطحن أكبر من قطر رقاقة السيليكون المعالجة، ويمر محيطها بمركز رقاقة السيليكون. ولتقليل قوة الطحن وحرارته، يتم عادةً تشكيل كوب الشفط الفراغي بشكل محدب أو مقعر، أو يتم تعديل الزاوية بين محور عجلة الطحن ومحور كوب الشفط لضمان طحن شبه تلامسي بين عجلة الطحن ورقاقة السيليكون.

الشكل 3، رسم تخطيطي لمبدأ الطحن الدوراني لرقاقة السيليكون

بالمقارنة مع عملية الطحن الدوارة، تتميز عملية الطحن الدوارة لرقائق السيليكون بالمزايا التالية: ① إمكانية معالجة رقائق السيليكون كبيرة الحجم التي يزيد قطرها عن 300 مم في عملية طحن واحدة لرقاقة واحدة؛ ② ثبات مساحة الطحن الفعلية (B) وزاوية القطع (θ)، واستقرار قوة الطحن نسبيًا؛ ③ إمكانية التحكم الفعال في شكل سطح رقاقة السيليكون أحادية البلورة من خلال ضبط زاوية الميل بين محور عجلة الطحن ومحور رقاقة السيليكون، ما يُحسّن دقة شكل السطح. إضافةً إلى ذلك، تتميز عملية الطحن الدوارة لرقائق السيليكون بمزايا أخرى، منها هامش الطحن الكبير، وسهولة الكشف عن سمك الرقاقة وجودة سطحها والتحكم بهما أثناء التشغيل، وبنية المعدات المدمجة، وسهولة دمج عمليات الطحن في محطات متعددة، وكفاءة الطحن العالية.
بهدف تحسين كفاءة الإنتاج وتلبية احتياجات خطوط إنتاج أشباه الموصلات، تعتمد معدات الطحن التجارية، القائمة على مبدأ الطحن الدوراني لرقائق السيليكون، على بنية متعددة المحاور والمحطات، مما يُمكّنها من إتمام عمليات الطحن الخشن والدقيق في عملية تحميل وتفريغ واحدة. وبالتكامل مع المرافق المساعدة الأخرى، يُمكنها تحقيق الطحن الآلي الكامل لرقائق السيليكون أحادية البلورة بنظامي "التجفيف عند الإدخال/التجفيف عند الإخراج" و"من علبة إلى علبة".

الطحن على الوجهين:

عند معالجة السطحين العلوي والسفلي لرقاقة السيليكون باستخدام عملية الطحن الدوراني، يتطلب الأمر قلب قطعة العمل وإجراء العملية على مراحل، مما يحد من الكفاءة. في الوقت نفسه، ينتج عن عملية الطحن الدوراني لرقاقة السيليكون أخطاء في نسخ السطح (النسخ) وعلامات طحن (علامات الطحن)، ويستحيل إزالة العيوب مثل التموجات والتناقص على سطح رقاقة السيليكون أحادية البلورة بعد القطع السلكي (باستخدام منشار متعدد)، كما هو موضح في الشكل 4. وللتغلب على هذه العيوب، ظهرت تقنية الطحن ثنائي الجانب في التسعينيات، ويُبين الشكل 5 مبدأ عملها. تقوم مشابك موزعة بشكل متناظر على كلا الجانبين بتثبيت رقاقة السيليكون أحادية البلورة في حلقة التثبيت وتدور ببطء مدفوعة بالبكرة. يوجد زوج من عجلات الطحن الماسية على شكل كوب نسبيًا على جانبي رقاقة السيليكون أحادية البلورة. تدور هذه العجلات في اتجاهين متعاكسين وتتحرك محوريًا لتحقيق الطحن ثنائي الجانب لرقاقة السيليكون أحادية البلورة، مدفوعة بمغزل كهربائي يعمل بمحمل هوائي. كما هو موضح في الشكل، يُمكن لعملية الطحن على الوجهين إزالة التموجات والتناقصات السطحية لرقاقة السيليكون أحادية البلورة بعد قطعها بالأسلاك بكفاءة عالية. وبحسب اتجاه محور عجلة الطحن، يُمكن إجراء الطحن على الوجهين أفقيًا أو رأسيًا. ويُعدّ الطحن الأفقي على الوجهين طريقة مثالية نسبيًا، إذ يُقلل بشكل فعال من تأثير وزن رقاقة السيليكون على جودة الطحن، كما يُسهّل ضمان تماثل ظروف عملية الطحن على جانبي رقاقة السيليكون أحادية البلورة، ويُقلل من تراكم جزيئات الكشط ورقائق الطحن على سطحها.

الشكل 4، "خطأ النسخ" وعيوب علامات التآكل في عملية طحن رقائق السيليكون الدورانية

الشكل 5، رسم تخطيطي لمبدأ الطحن على الوجهين

يُبيّن الجدول 1 مقارنة بين الطحن والطحن ثنائي الجانب لأنواع رقائق السيليكون أحادية البلورة الثلاثة المذكورة أعلاه. يُستخدم الطحن ثنائي الجانب بشكل أساسي لمعالجة رقائق السيليكون التي يقل قطرها عن 200 مم، ويتميز بإنتاجية عالية. وبفضل استخدام عجلات الطحن الكاشطة الثابتة، يُمكن الحصول على جودة سطح أعلى بكثير عند طحن رقائق السيليكون أحادية البلورة مقارنةً بالطحن ثنائي الجانب. لذلك، يُمكن لكل من الطحن الدوراني والطحن ثنائي الجانب تلبية متطلبات جودة معالجة رقائق السيليكون الشائعة بقطر 300 مم، وهما حاليًا من أهم طرق تسوية الرقائق. عند اختيار طريقة تسوية رقائق السيليكون، من الضروري مراعاة متطلبات القطر وجودة السطح وتقنية تلميع رقائق السيليكون أحادية البلورة بشكل شامل. أما بالنسبة لترقيق الجزء الخلفي من الرقاقة، فيُمكن اختيار طريقة معالجة أحادية الجانب فقط، مثل طريقة الطحن الدوراني.

بالإضافة إلى اختيار طريقة الطحن في عملية طحن رقائق السيليكون، من الضروري أيضًا تحديد معايير التشغيل المناسبة، مثل الضغط الموجب، وحجم حبيبات عجلة الطحن، ومادة الربط، وسرعة عجلة الطحن، وسرعة رقاقة السيليكون، ولزوجة سائل الطحن ومعدل تدفقه، وما إلى ذلك، وتحديد مسار تشغيل مناسب. عادةً ما تُستخدم عملية طحن مجزأة تشمل الطحن الخشن، والطحن شبه النهائي، والطحن النهائي، والطحن الخالي من الشرر، والطحن البطيء، وذلك للحصول على رقائق سيليكون أحادية البلورة ذات كفاءة معالجة عالية، وسطح أملس، وتلف سطحي منخفض.