لماذا نحتاج إلى التخفيف؟

في مرحلة عملية الواجهة الخلفية،رقاقة (رقاقة السيليكونيجب ترقيق الرقائق (باستخدام دوائر كهربائية أمامية) من الخلف قبل عمليات التقطيع واللحام والتغليف اللاحقة، وذلك لتقليل ارتفاع تركيب العبوة، وتقليل حجمها، وتحسين كفاءة انتشارها الحراري، وأدائها الكهربائي، وخواصها الميكانيكية، وتقليل كمية التقطيع. يتميز الطحن الخلفي بكفاءته العالية وتكلفته المنخفضة. وقد حل محل عمليات الحفر الرطب والحفر الأيوني التقليدية، ليصبح بذلك أهم تقنية للتخفيف الخلفي.

الرقاقة الرقيقة

كيفية التخفيف؟

العملية الرئيسية لترقيق الرقاقة في عملية التعبئة والتغليف التقليدية

الخطوات المحددة لرقاقةتتمثل خطوات التخفيف في ربط الرقاقة المراد معالجتها بغشاء التخفيف، ثم باستخدام الفراغ لامتصاص غشاء التخفيف والرقاقة على طاولة الرقاقة الخزفية المسامية، وضبط خطوط مركز القارب الدائرية الداخلية والخارجية لسطح عمل عجلة الطحن الماسية على شكل كوب مع مركز رقاقة السيليكون، ثم تدور رقاقة السيليكون وعجلة الطحن حول محوريهما لعملية الطحن بالقطع. تتضمن عملية الطحن ثلاث مراحل: الطحن الخشن، والطحن الناعم، والتلميع.

تُطحن رقاقة الويفر الخارجة من مصنع الويفر من الخلف لترقيقها إلى السُمك المطلوب للتغليف. عند طحن الرقاقة، يجب وضع شريط لاصق على الجهة الأمامية (المنطقة النشطة) لحماية منطقة الدائرة، ويُطحن الجانب الخلفي في الوقت نفسه. بعد الطحن، يُزال الشريط اللاصق ويُقاس السُمك.
تشمل عمليات الطحن التي تم تطبيقها بنجاح على تحضير رقاقة السيليكون الطحن باستخدام طاولة دوارة،رقاقة السيليكونالطحن الدوراني، الطحن على الوجهين، إلخ. مع التحسين الإضافي لمتطلبات جودة سطح رقائق السيليكون أحادية البلورة، يتم اقتراح تقنيات طحن جديدة باستمرار، مثل طحن TAIKO، والطحن الميكانيكي الكيميائي، وطحن التلميع، وطحن الأقراص الكوكبية.

طحن الطاولة الدوارة:

طحن الطاولة الدوارة (طحن الطاولة الدوارة) هو عملية طحن مبكرة تستخدم في تحضير رقاقة السيليكون والتخفيف الخلفي. يظهر مبدأها في الشكل 1. يتم تثبيت رقائق السيليكون على أكواب الشفط الخاصة بالطاولة الدوارة، وتدور بشكل متزامن بواسطة الطاولة الدوارة. لا تدور رقائق السيليكون نفسها حول محورها؛ يتم تغذية عجلة الطحن محوريًا أثناء الدوران بسرعة عالية، ويكون قطر عجلة الطحن أكبر من قطر رقاقة السيليكون. هناك نوعان من طحن الطاولة الدوارة: طحن الغطس الوجهي وطحن مماسي الوجه. في طحن الغطس الوجهي، يكون عرض عجلة الطحن أكبر من قطر رقاقة السيليكون، ويتغذى محور عجلة الطحن باستمرار على طول اتجاهه المحوري حتى تتم معالجة الفائض، ثم يتم تدوير رقاقة السيليكون تحت محرك الطاولة الدوارة؛ في الطحن المماسي للوجه، تتغذى عجلة الطحن على طول اتجاهها المحوري، وتدور رقاقة السيليكون بشكل مستمر تحت محرك القرص الدوار، وتكتمل عملية الطحن عن طريق التغذية الترددية (التبادلية) أو التغذية الزاحفة (التغذية الزاحفة).

الشكل 1، مخطط تخطيطي لمبدأ طحن الطاولة الدوارة (السطح المماس)

بالمقارنة مع طريقة الطحن، تتميز عملية الطحن بالطاولة الدوارة بمعدل إزالة مرتفع، وتلف سطحي صغير، وسهولة التشغيل الآلي. ومع ذلك، تتغير مساحة الطحن الفعلية (الطحن النشط) B وزاوية القطع θ (الزاوية بين الدائرة الخارجية لعجلة الطحن والدائرة الخارجية لرقاقة السيليكون) في عملية الطحن مع تغيير موضع قطع عجلة الطحن، مما ينتج عنه قوة طحن غير مستقرة، مما يجعل من الصعب الحصول على دقة السطح المثالية (قيمة TTV عالية)، ويسبب بسهولة عيوبًا مثل انهيار الحافة وانهيار الحافة. تُستخدم تقنية الطحن بالطاولة الدوارة بشكل أساسي لمعالجة رقائق السيليكون أحادية البلورة التي يقل حجمها عن 200 مم. وقد أدى زيادة حجم رقائق السيليكون أحادية البلورة إلى زيادة متطلبات دقة السطح ودقة حركة طاولة عمل المعدات، وبالتالي فإن الطحن بالطاولة الدوارة غير مناسب لطحن رقائق السيليكون أحادية البلورة التي يزيد حجمها عن 300 مم.
لتحسين كفاءة الطحن، عادةً ما تعتمد معدات الطحن المماسي المستوي التجارية هيكل عجلات الطحن المتعددة. على سبيل المثال، تحتوي المعدات على مجموعة من عجلات الطحن الخشنة والدقيقة، وتدور الطاولة الدوارة دورة واحدة لإتمام عمليتي الطحن الخشن والدقيق بالتناوب. يشمل هذا النوع من المعدات جهاز G-500DS من شركة GTI الأمريكية (الشكل 2).

الشكل 2، معدات طحن الطاولة الدوارة G-500DS لشركة GTI في الولايات المتحدة

طحن دوران رقاقة السيليكون:

لتلبية احتياجات تحضير رقائق السيليكون كبيرة الحجم ومعالجة التخفيف الخلفي، والحصول على دقة سطحية بقيمة TTV جيدة. في عام ١٩٨٨، اقترح الباحث الياباني ماتسوي طريقة طحن دوارة لرقائق السيليكون (طحن داخلي). يوضح الشكل ٣ مبدأها. تدور رقاقة السيليكون أحادية البلورة وعجلة الطحن الماسية على شكل كوب والممتزة على طاولة العمل حول محاورها الخاصة، ويتم تغذية عجلة الطحن باستمرار على طول الاتجاه المحوري في نفس الوقت. من بينها، يكون قطر عجلة الطحن أكبر من قطر رقاقة السيليكون المعالجة، ويمر محيطها عبر مركز رقاقة السيليكون. لتقليل قوة الطحن وتقليل حرارة الطحن، عادةً ما يتم تشذيب كأس الشفط المفرغ إلى شكل محدب أو مقعر أو يتم تعديل الزاوية بين محور عجلة الطحن ومحور كأس الشفط لضمان طحن شبه ملامس بين عجلة الطحن ورقاقة السيليكون.

الشكل 3، مخطط تخطيطي لمبدأ الطحن الدوراني لرقاقة السيليكون

بالمقارنة مع طحن الطاولة الدوارة، يتميز طحن رقاقة السيليكون الدوار بالمزايا التالية: ① طحن رقاقة واحدة لمرة واحدة يمكن أن يعالج رقائق السيليكون كبيرة الحجم التي تزيد عن 300 مم؛ ② مساحة الطحن الفعلية B وزاوية القطع θ ثابتة، وقوة الطحن مستقرة نسبيًا؛ ③ من خلال ضبط زاوية الميل بين محور عجلة الطحن ومحور رقاقة السيليكون، يمكن التحكم بشكل نشط في شكل سطح رقاقة السيليكون أحادية البلورة للحصول على دقة أفضل في شكل السطح. بالإضافة إلى ذلك، تتميز مساحة الطحن وزاوية القطع θ لطحن رقاقة السيليكون الدوار أيضًا بمزايا طحن الهامش الكبير، وسهولة الكشف عن جودة السطح والتحكم فيه عبر الإنترنت، وهيكل المعدات المدمج، وسهولة الطحن المتكامل متعدد المحطات، وكفاءة الطحن العالية.
لتحسين كفاءة الإنتاج وتلبية احتياجات خطوط إنتاج أشباه الموصلات، تعتمد معدات الطحن التجارية، القائمة على مبدأ الطحن الدوراني لرقائق السيليكون، على هيكل متعدد المغازل ومحطات متعددة، مما يُمكّن من إتمام عمليات الطحن الخشن والدقيق في عملية تحميل وتفريغ واحدة. وبالاشتراك مع المرافق المساعدة الأخرى، يُمكنها تنفيذ عمليات الطحن الأوتوماتيكي الكامل لرقائق السيليكون أحادية البلورة "التجفيف/الإخراج" و"الطحن من شريط إلى شريط".

الطحن على الوجهين:

عند معالجة سطحي رقاقة السيليكون الدوارة العلوي والسفلي لرقاقة السيليكون، يلزم قلب قطعة العمل وتنفيذها على مراحل، مما يحد من كفاءتها. في الوقت نفسه، تتميز عملية الطحن الدوراني لرقاقة السيليكون بنسخ أخطاء السطح (نسخ) وعلامات الطحن (علامات الطحن)، ويستحيل إزالة العيوب مثل التموج والتناقص بفعالية على سطح رقاقة السيليكون أحادية البلورة بعد القطع السلكي (متعدد المنشار)، كما هو موضح في الشكل 4. للتغلب على هذه العيوب، ظهرت تقنية الطحن ثنائي الجانب (doublesidegrinding) في التسعينيات، ويوضح الشكل 5 مبدأها. تُثبّت المشابك الموزعة بشكل متماثل على كلا الجانبين رقاقة السيليكون أحادية البلورة في حلقة التثبيت وتدور ببطء مدفوعة بالأسطوانة. يوجد زوج من عجلات الطحن الماسية على شكل كوب على جانبي رقاقة السيليكون أحادية البلورة. تعمل العجلات بواسطة مغزل كهربائي محمل بالهواء، وتدور في اتجاهين متعاكسين وتتغذى محوريًا لتحقيق الطحن ثنائي الجانب لرقاقة السيليكون أحادية البلورة. كما يتضح من الشكل، يُمكن للطحن ثنائي الجانب إزالة التموجات والتشققات على سطح رقاقة السيليكون أحادية البلورة بعد القطع السلكي بفعالية. ووفقًا لاتجاه ترتيب محور عجلة الطحن، يُمكن أن يكون الطحن ثنائي الجانب أفقيًا ورأسيًا. ومن بين هذه الطرق، يُمكن للطحن ثنائي الجانب الأفقي أن يُقلل بفعالية من تأثير تشوه رقاقة السيليكون الناتج عن وزنها الميت على جودة الطحن، ويُسهّل ضمان تطابق ظروف عملية الطحن على جانبي رقاقة السيليكون أحادية البلورة، ومنع بقاء الجسيمات الكاشطة ورقائق الطحن على سطحها بسهولة. إنها طريقة طحن مثالية نسبيًا.

الشكل 4، عيوب "نسخ الخطأ" وعلامات التآكل في طحن دوران رقاقة السيليكون

الشكل 5، الرسم التخطيطي لمبدأ الطحن على الوجهين

يوضح الجدول 1 المقارنة بين الطحن والطحن ثنائي الجانب للأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من رقائق السيليكون أحادية البلورة. يُستخدم الطحن ثنائي الجانب بشكل رئيسي لمعالجة رقائق السيليكون التي يقل سمكها عن 200 مم، ويتميز بإنتاجية عالية. بفضل استخدام عجلات الطحن الكاشطة الثابتة، يمكن الحصول على جودة سطح أعلى بكثير من طحن رقائق السيليكون أحادية البلورة مقارنةً بالطحن ثنائي الجانب. لذلك، يُمكن لكلٍّ من الطحن الدوراني لرقائق السيليكون والطحن ثنائي الجانب تلبية متطلبات جودة معالجة رقائق السيليكون الشائعة بسمك 300 مم، وهما حاليًا من أهم طرق معالجة التسوية. عند اختيار طريقة معالجة تسوية رقاقة السيليكون، من الضروري مراعاة متطلبات حجم القطر وجودة السطح وتقنية معالجة رقاقة السيليكون أحادية البلورة بشكل شامل. لا يُمكن للتخفيف الخلفي للرقاقة اختيار طريقة معالجة أحادية الجانب إلا، مثل طريقة الطحن الدوراني لرقاقة السيليكون.

بالإضافة إلى اختيار طريقة الطحن لطحن رقائق السيليكون، من الضروري أيضًا تحديد معايير عملية مناسبة، مثل الضغط الإيجابي، وحجم حبيبات عجلة الطحن، ورابط عجلة الطحن، وسرعة عجلة الطحن، وسرعة رقاقة السيليكون، ولزوجة سائل الطحن ومعدل تدفقه، وغيرها، وتحديد مسار عملية مناسب. عادةً، تُستخدم عمليات طحن مجزأة، تشمل الطحن الخشن، والطحن شبه النهائي، والطحن النهائي، والطحن بدون شرارة، والتكوير البطيء، للحصول على رقائق سيليكون أحادية البلورة ذات كفاءة معالجة عالية، وتسطيح سطحي عالٍ، وتلف سطحي منخفض.