A oplatkamusí projít třemi změnami, aby se stal skutečným polovodičovým čipem: nejprve se blokový ingot nařeže na destičky; ve druhém procesu se tranzistory gravírují na přední stranu destičky předchozím procesem; nakonec se provádí balení, tj. procesem řezáníoplatkastává se kompletním polovodičovým čipem. Je vidět, že proces balení patří do back-endového procesu. V tomto procesu se destička rozřeže na několik samostatných čipů ve tvaru šestistěnu. Tento proces získávání nezávislých čipů se nazývá „singulace“ a proces řezání destičky destičky na nezávislé kvádry se nazývá „řezání destičky (Die Sawing)“. V poslední době se s vylepšením integrace polovodičů zvýšila tloušťkaoplatkyse stává stále tenčím, což samozřejmě přináší do procesu „singulace“ mnoho obtíží.
Vývoj krájení oplatek
Front-end a back-end procesy se vyvíjely prostřednictvím interakce různými způsoby: vývoj back-end procesů může určit strukturu a polohu malých šestistěnných třísek oddělených od matrice naoplatka, stejně jako struktura a poloha kontaktních plošek (elektrických spojovacích cest) na destičce; naopak, vývoj front-endových procesů změnil proces a metoduoplatkazpětné ztenčování a „kosení vysekávacími hlavicemi“ v procesu na zadní straně obalu. Stále sofistikovanější vzhled obalu proto bude mít velký vliv na proces na zadní straně obalu. Počet, postup a typ kostkování se navíc budou měnit v závislosti na změně vzhledu obalu.
Scribe Dicing
V raných dobách bylo „lámání“ působením vnější síly jedinou metodou krájení, která dokázala rozdělitoplatkado šestistěnných raznic. Tato metoda má však nevýhodu v podobě odštípnutí nebo praskání okraje malé třísky. Navíc, protože otřepy na kovovém povrchu nejsou zcela odstraněny, je řezný povrch také velmi drsný.
Aby se tento problém vyřešil, vznikla metoda řezání „Scribing“, kdy se před „rozbitím“ povrchoplatkase řeže přibližně do poloviny hloubky. „Rýhování“, jak název napovídá, označuje použití rotoru k předběžnému řezání (polovičnímu řezání) přední strany destičky. V počátcích většina destiček menších než 6 palců používala tuto metodu řezání, kdy se nejprve „krájelo“ mezi třískami a poté se „lámalo“.
Řezání čepelí na kostičky nebo řezání čepelí
Metoda řezání „rýsováním“ se postupně vyvinula v metodu řezání (nebo pilování) „čepelí s kostkami“, což je metoda řezání pomocí čepele dvakrát nebo třikrát za sebou. Metoda řezání „čepelí“ dokáže kompenzovat jev odlupování malých třísek při „lámání“ po „rýsování“ a může chránit malé třísky během procesu „jednotlivého řezání“. Řezání „čepelí“ se liší od předchozího řezání „koskami“ tím, že po řezání „čepelí“ se již „neláme“, ale znovu se řeže čepelí. Proto se také nazývá metoda „krokového krájení“.
Aby byl wafer chráněn před vnějším poškozením během procesu řezání, bude na něj předem nanesena fólie, která zajistí bezpečnější „oddělování“. Během procesu „zpětného broušení“ bude fólie připevněna k přední straně waferu. Naopak při řezání „čepelí“ by měla být fólie připevněna k zadní straně waferu. Během eutektické spojky matrice (spojování matrice, upevňování oddělených čipů na desku plošných spojů nebo pevný rám) se fólie připevněná k zadní straně automaticky odlepí. Vzhledem k vysokému tření během řezání by měla být deionizovaná voda stříkána nepřetržitě ze všech směrů. Kromě toho by mělo být oběžné kolo opatřeno diamantovými částicemi, aby se plátky lépe krájely. V tomto okamžiku musí být řez (tloušťka čepele: šířka drážky) rovnoměrný a nesmí překročit šířku drážky pro řezání.
Řezání pilou je po dlouhou dobu nejrozšířenější tradiční metodou řezání. Její největší výhodou je, že dokáže nařezat velké množství destiček v krátkém čase. Pokud se však rychlost podávání řezu výrazně zvýší, zvýší se i pravděpodobnost odlupování hran čipů. Proto by měl být počet otáček rotoru řízen na přibližně 30 000krát za minutu. Je zřejmé, že technologie polovodičového procesu je často tajemstvím, které se pomalu shromažďovalo po dlouhou dobu metodou pokusů a omylů (v další části o eutektickém spojení se budeme zabývat řezáním a DAF).
Krájení před mletím (DBG): postup krájení změnil metodu
Pokud se řezání čepelí provádí na destičce o průměru 8 palců (20 cm), není třeba se obávat odlupování nebo praskání okrajů čipů. Jakmile se však průměr destičky zvětší na 21 palců (53 cm) a tloušťka se extrémně ztenčí, opět se začnou objevovat jevy odlupování a praskání. Aby se výrazně snížil fyzikální dopad na destičku během procesu řezání, nahrazuje tradiční postup řezání metoda DBG „krájení před broušením“. Na rozdíl od tradiční metody řezání „čepelí“, která řeže kontinuálně, DBG nejprve provádí řez „čepelí“ a poté postupně ztenčuje tloušťku destičky plynulým ztenčováním zadní strany, dokud se čip nerozdělí. Lze říci, že DBG je vylepšenou verzí předchozí metody řezání „čepelí“. Protože dokáže snížit dopad druhého řezu, metoda DBG se rychle stala popularizovanou v „balení na úrovni destiček“.
Laserové řezání kostkami
Proces pouzdra čipu na úrovni waferu (WLCSP) využívá hlavně laserové řezání. Laserové řezání může omezit jevy, jako je odlupování a praskání, a tím dosáhnout čipů lepší kvality, ale pokud je tloušťka waferu větší než 100 μm, produktivita se výrazně sníží. Proto se používá hlavně u waferů s tloušťkou menší než 100 μm (relativně tenké). Laserové řezání řeže křemík aplikací vysokoenergetického laseru do drážky waferu. Při použití konvenční metody laserového řezání (Conventional Laser) je však nutné na povrch waferu předem nanést ochrannou fólii. Vzhledem k zahřívání nebo ozařování povrchu waferu laserem tyto fyzické kontakty vytvářejí na povrchu waferu drážky a nařezané fragmenty křemíku se také uchytí k povrchu. Je vidět, že tradiční metoda laserového řezání také přímo řeže povrch waferu, a v tomto ohledu je podobná metodě řezání „čepelí“.
Stealth Dicing (SD) je metoda, při které se nejprve laserovou energií prořízne vnitřek waferu a poté se na pásku připevněnou k zadní straně vyvíjí vnější tlak, aby se přerušila, čímž se oddělí čip. Když se na pásku na zadní straně vyvíjí tlak, wafer se v důsledku natažení pásky okamžitě zvedne nahoru, čímž se oddělí čip. Výhody SD oproti tradiční metodě laserového řezání jsou: za prvé, nedochází k žádným křemíkovým úlomkům; za druhé, řezná spára (šířka drážky rýhování) je úzká, takže lze získat více čipů. Kromě toho se při použití metody SD výrazně sníží jev odlupování a praskání, což je klíčové pro celkovou kvalitu řezání. Proto se metoda SD s velkou pravděpodobností v budoucnu stane nejoblíbenější technologií.
Plazmové krájení kostkami
Plazmové řezání je nedávno vyvinutá technologie, která využívá plazmové leptání k řezání během výrobního (Fab) procesu. Plazmové řezání používá poloplynné materiály místo kapalin, takže dopad na životní prostředí je relativně malý. Navíc se používá metoda řezání celého waferu najednou, takže rychlost „řezání“ je relativně vysoká. Plazmová metoda však používá jako surovinu chemický reakční plyn a proces leptání je velmi složitý, takže jeho postup je relativně těžkopádný. Ve srovnání s řezáním „nožíkem“ a laserovým řezáním však plazmové řezání nepoškozuje povrch waferu, čímž se snižuje míra vad a získává se více třísek.
V poslední době, kdy se tloušťka destičky zmenšila na 30 μm a používá se hodně mědi (Cu) nebo materiálů s nízkou dielektrickou konstantou (Low-k), se proto, aby se zabránilo otřepům (Burr), budou upřednostňovat také metody plazmového řezání. Technologie plazmového řezání se samozřejmě neustále vyvíjí. Věřím, že v blízké budoucnosti nebude nutné při leptání nosit speciální masku, protože se jedná o hlavní směr vývoje plazmového řezání.
Vzhledem k tomu, že se tloušťka waferů neustále snižuje ze 100 μm na 50 μm a poté na 30 μm, mění se a vyvíjejí se i metody řezání pro získávání nezávislých čipů, od „lámání“ a řezání „čepelí“ až po laserové řezání a plazmové řezání. Přestože stále vyspělejší metody řezání zvyšují výrobní náklady samotného procesu řezání, na druhou stranu, díky výraznému snížení nežádoucích jevů, jako je loupání a praskání, které se často vyskytují při řezání polovodičových čipů, a zvýšení počtu čipů získaných na jednotku waferu, vykazují výrobní náklady na jeden čip klesající trend. Nárůst počtu čipů získaných na jednotku plochy waferu samozřejmě úzce souvisí se zmenšením šířky řezné plochy. Pomocí plazmového řezání lze získat téměř o 20 % více čipů ve srovnání s použitím metody řezání „čepelí“, což je také hlavní důvod, proč si lidé volí plazmové řezání. S vývojem a změnami waferů, vzhledu čipů a metod balení se objevují i různé řezací procesy, jako je technologie zpracování waferů a DBG.
Čas zveřejnění: 10. října 2024