A вафлатрябва да премине през три промени, за да се превърне в истински полупроводников чип: първо, блокът с форма на блок се нарязва на пластини; във втория процес транзисторите се гравират върху предната страна на пластината чрез предишния процес; накрая се извършва опаковане, тоест чрез процеса на рязане,вафластава завършен полупроводников чип. Вижда се, че процесът на опаковане принадлежи към back-end процеса. В този процес пластината ще бъде нарязана на няколко отделни чипа с форма на шестостен. Този процес на получаване на независими чипове се нарича „singulation“ (единично рязане), а процесът на разрязване на пластината на независими кубоиди се нарича „wafer cutting (Die Sawing)“ (рязане на пластини). Напоследък, с подобряването на интеграцията на полупроводници, дебелината на...вафлистава все по-тънък, което разбира се внася много трудности в процеса на „единяване“.
Еволюцията на нарязването на вафли
Процесите на преден и бекенд етап са се развили чрез взаимодействие по различни начини: еволюцията на бекенд процесите може да определи структурата и позицията на малките шестоедърни чипове, отделени от матрицата върхувафла, както и структурата и позицията на контактните площадки (пътища за електрическа връзка) върху пластината; напротив, еволюцията на предните процеси е променила процеса и метода навафлаобратно изтъняване и „нарязване с матрица“ в процеса на обработка. Следователно, все по-сложният външен вид на опаковката ще окаже голямо влияние върху процеса на обработка. Освен това, броят, процедурата и видът на нарязването също ще се променят съответно в зависимост от промяната във външния вид на опаковката.
Зарчета на писаря
В ранните дни „разчупването“ чрез прилагане на външна сила е бил единственият метод за нарязване, който е можел да разделивафлав шестостенни матрици. Този метод обаче има недостатъците на отчупване или напукване на ръба на малката стружка. Освен това, тъй като грапавини по металната повърхност не се отстраняват напълно, режещата повърхност също е много грапава.
За да се реши този проблем, е въведен методът на рязане „Scribing“, т.е. преди „счупване“ повърхността навафласе изрязва до около половината от дълбочината. „Надраскване“, както подсказва името, се отнася до използването на работно колело за предварително нарязване (половина отрязване) на предната страна на пластината. В ранните дни повечето пластини под 6 инча използваха този метод на рязане, като първо се „нарязва“ между чиповете и след това се „счупва“.
Рязане с острие или рязане с острие
Методът на рязане „Scribing“ постепенно се превърна в метод на рязане (или трион) „Blade dicing“, който представлява метод на рязане с острие два или три пъти подред. Методът на рязане „Blade“ може да компенсира феномена на отлепване на малки стружки при „счупване“ след „scribing“ и може да предпази малките стружки по време на процеса на „singulation“. Рязането „с острие“ се различава от предишното рязане „discing“, т.е. след рязане с „острие“ не се „счупва“, а се реже отново с острие. Затова се нарича още метод на „step dicing“.
За да се предпази пластината от външни повреди по време на процеса на рязане, върху нея предварително ще се постави фолио, за да се осигури по-безопасно „отделяне“. По време на процеса на „обратно шлифоване“ фолиото ще бъде прикрепено към предната част на пластината. Но напротив, при рязане с „острие“ фолиото трябва да бъде прикрепено към задната част на пластината. По време на евтектичното свързване на матрицата (свързване на матрицата, фиксиране на отделените чипове върху печатната платка или неподвижната рамка), фолиото, прикрепено към задната част, автоматично ще падне. Поради високото триене по време на рязане, деионизирана вода трябва да се пръска непрекъснато от всички посоки. Освен това, работното колело трябва да бъде прикрепено с диамантени частици, за да може резените да се режат по-добре. В този момент разрезът (дебелина на острието: ширина на канала) трябва да е равномерен и не трябва да надвишава ширината на канала за нарязване.
Дълго време рязането с трион е най-широко използваният традиционен метод за рязане. Най-голямото му предимство е, че може да реже голям брой пластини за кратко време. Ако обаче скоростта на подаване на резена се увеличи значително, вероятността от отлепване на ръбовете на чиплетите ще се увеличи. Следователно, броят на завъртанията на работното колело трябва да се контролира на около 30 000 пъти в минута. Вижда се, че технологията на полупроводниковия процес често е тайна, натрупана бавно чрез дълъг период на натрупване и опити и грешки (в следващия раздел за евтектичното свързване ще обсъдим съдържанието за рязането и DAF).
Нарязване преди смилане (DBG): последователността на рязане е променила метода
Когато се извършва рязане с острие върху пластина с диаметър 8 инча, няма нужда да се притеснявате за отлепване или напукване на ръбовете на чиплетите. Но когато диаметърът на пластината се увеличи до 21 инча и дебелината стане изключително тънка, отново започват да се появяват явления на отлепване и напукване. За да се намали значително физическото въздействие върху пластината по време на процеса на рязане, DBG методът „нарязване преди смилане“ замества традиционната последователност на рязане. За разлика от традиционния метод на рязане с „острие“, който реже непрекъснато, DBG първо извършва рязане с „острие“ и след това постепенно изтънява пластината, като непрекъснато изтънява задната страна, докато чипът се разцепи. Може да се каже, че DBG е подобрена версия на предишния метод на рязане с „острие“. Тъй като може да намали въздействието на второто рязане, DBG методът бързо се популяризира в „опаковките на ниво пластина“.
Лазерно нарязване на кубчета
Процесът на пакетиране на чипове на ниво пластина (WLCSP) използва главно лазерно рязане. Лазерното рязане може да намали явления като лющене и напукване, като по този начин се получат чипове с по-добро качество, но когато дебелината на пластината е повече от 100μm, производителността ще бъде значително намалена. Следователно, то се използва най-вече при пластини с дебелина по-малка от 100μm (относително тънки). Лазерното рязане реже силиция чрез прилагане на високоенергиен лазер върху жлеба на пластината. Когато обаче се използва конвенционален метод на лазерно рязане (Conventional Laser), предварително трябва да се нанесе защитен филм върху повърхността на пластината. Поради нагряването или облъчването на повърхността на пластината с лазер, тези физически контакти ще създадат жлебове по повърхността ѝ и нарязаните силициеви фрагменти също ще залепнат за повърхността. Вижда се, че традиционният метод на лазерно рязане също директно реже повърхността на пластината и в това отношение е подобен на метода на рязане с „острие“.
Скритото нарязване (SD) е метод, при който първо се реже вътрешността на пластината с лазерна енергия, а след това се прилага външен натиск върху лентата, прикрепена към гърба, за да се счупи, като по този начин се отдели чипът. Когато се приложи натиск върху лентата на гърба, пластината ще се повдигне незабавно нагоре поради разтягането на лентата, като по този начин чипът ще се отдели. Предимствата на SD пред традиционния метод на лазерно рязане са: първо, няма силициеви отломки; второ, прорезът (Kerf: ширината на жлеба на чертане) е тесен, така че могат да се получат повече чипове. Освен това, феноменът на лющене и напукване ще бъде значително намален при използване на метода SD, което е от решаващо значение за цялостното качество на рязането. Следователно, методът SD е много вероятно да се превърне в най-популярната технология в бъдеще.
Плазмено нарязване
Плазменото рязане е наскоро разработена технология, която използва плазмено ецване за рязане по време на производствения (Fab) процес. Плазменото рязане използва полугазообразни материали вместо течности, така че въздействието върху околната среда е сравнително малко. Освен това се използва метод за рязане на цялата пластина наведнъж, така че скоростта на „рязане“ е сравнително висока. Плазменият метод обаче използва химически реакционен газ като суровина и процесът на ецване е много сложен, така че технологичният му поток е сравнително тромав. Но в сравнение с рязането с „острие“ и лазерното рязане, плазменото рязане не причинява увреждане на повърхността на пластината, като по този начин намалява процента на дефекти и се получава повече чипове.
Напоследък, тъй като дебелината на пластината е намалена до 30μm и се използват много мед (Cu) или материали с ниска диелектрична константа (Low-k), методите за плазмено рязане също ще бъдат предпочитани, за да се предотвратят образуването на грапавини (Burr). Разбира се, технологията за плазмено рязане също непрекъснато се развива. Вярвам, че в близко бъдеще един ден няма да има нужда от носене на специална маска при ецване, защото това е основна насока за развитие на плазменото рязане.
Тъй като дебелината на пластините непрекъснато се намалява от 100μm на 50μm и след това на 30μm, методите на рязане за получаване на независими чипове също се променят и развиват от „чупене“ и рязане „с острие“ до лазерно рязане и плазмено рязане. Въпреки че все по-усъвършенстваните методи на рязане са увеличили производствените разходи на самия процес на рязане, от друга страна, чрез значително намаляване на нежеланите явления като лющене и напукване, които често се срещат при рязане на полупроводникови чипове, и увеличаване на броя на получените чипове на единица пластина, производствените разходи на един чип показват низходяща тенденция. Разбира се, увеличаването на броя на получените чипове на единица площ на пластината е тясно свързано с намаляването на ширината на режещата лента. С помощта на плазмено рязане могат да се получат близо 20% повече чипове в сравнение с използването на метода на рязане „с острие“, което е и основна причина, поради която хората избират плазмено рязане. С развитието и промените във пластините, външния вид на чиповете и методите за опаковане се появяват и различни процеси на рязане, като технология за обработка на пластини и DBG.
Време на публикуване: 10 октомври 2024 г.