ObleaEl corte es uno de los eslabones importantes en la producción de semiconductores de potencia. Este paso está diseñado para separar con precisión los circuitos integrados o chips individuales de las obleas semiconductoras.
La clave paraobleaEl corte consiste en poder separar los chips individuales, asegurando al mismo tiempo que las delicadas estructuras y circuitos incrustados en el chip permanezcan intactos.obleano se dañan. El éxito o el fracaso del proceso de corte no solo afecta la calidad de separación y el rendimiento de la viruta, sino que también está directamente relacionado con la eficiencia de todo el proceso de producción.
▲Tres tipos comunes de corte de obleas | Fuente: KLA CHINA
Actualmente, el comúnobleaLos procesos de corte se dividen en:
Corte con cuchilla: bajo costo, generalmente se utiliza para materiales más gruesos.obleas
Corte láser: alto coste, generalmente utilizado para obleas con un espesor superior a 30 μm.
Corte por plasma: alto coste, más restricciones, generalmente se utiliza para obleas con un espesor inferior a 30 μm.
Corte con cuchilla mecánica
El corte con cuchilla es un proceso que consiste en cortar a lo largo de la línea marcada mediante un disco abrasivo giratorio de alta velocidad (cuchilla). La cuchilla suele estar hecha de material abrasivo o diamante ultrafino, adecuado para cortar o ranurar obleas de silicio. Sin embargo, al ser un método de corte mecánico, el corte con cuchilla se basa en la remoción física de material, lo que puede provocar fácilmente astillamiento o agrietamiento del borde de la viruta, afectando así la calidad del producto y reduciendo el rendimiento.
La calidad del producto final obtenido mediante el proceso de aserrado mecánico se ve afectada por múltiples parámetros, entre ellos la velocidad de corte, el grosor de la hoja, el diámetro de la hoja y la velocidad de rotación de la hoja.
El corte completo es el método de corte con cuchilla más básico, que corta completamente la pieza de trabajo cortando hasta un material fijo (como una cinta de corte).
▲ Cuchilla mecánica de corte completo | Fuente de la imagen: network
El corte a la mitad es un método de procesamiento que crea una ranura cortando hasta la mitad de la pieza. Al repetir continuamente el proceso de ranurado, se pueden producir puntas en forma de peine y de aguja.
▲ Corte mecánico con cuchilla - medio corte | Fuente de la imagen: network
El corte doble es un método de procesamiento que utiliza una sierra de doble corte con dos husillos para realizar cortes completos o parciales en dos líneas de producción simultáneamente. La sierra de doble corte cuenta con dos ejes de husillo. Este proceso permite alcanzar un alto rendimiento.
▲ Corte mecánico con cuchilla de doble filo | Fuente de la imagen: network
El corte por etapas utiliza una sierra de doble corte con dos husillos para realizar cortes completos y parciales en dos fases. Se emplean cuchillas optimizadas para cortar la capa de cableado en la superficie de la oblea y cuchillas optimizadas para el monocristal de silicio restante, lo que permite obtener un procesamiento de alta calidad.
▲ Corte mecánico con cuchilla – corte por etapas | Fuente de la imagen: network
El corte biselado es un método de procesamiento que utiliza una cuchilla con un borde en forma de V en el borde de corte parcial para cortar la oblea en dos etapas durante el proceso de corte por etapas. El proceso de biselado se realiza durante el corte. Por lo tanto, se puede lograr una alta resistencia del molde y un procesamiento de alta calidad.
▲ Corte mecánico con cuchilla – corte biselado | Fuente de la imagen: network
Corte láser
El corte por láser es una tecnología de corte de obleas sin contacto que utiliza un haz láser enfocado para separar chips individuales de las obleas semiconductoras. El haz láser de alta energía se enfoca en la superficie de la oblea y evapora o elimina material a lo largo de la línea de corte predeterminada mediante procesos de ablación o descomposición térmica.
▲ Diagrama de corte láser | Fuente de la imagen: KLA CHINA
Los tipos de láseres más utilizados actualmente incluyen láseres ultravioleta, láseres infrarrojos y láseres de femtosegundos. Entre ellos, los láseres ultravioleta se emplean frecuentemente para la ablación en frío de alta precisión debido a su elevada energía fotónica y a que la zona afectada por el calor es extremadamente pequeña, lo que reduce eficazmente el riesgo de daños térmicos en la oblea y los chips circundantes. Los láseres infrarrojos son más adecuados para obleas más gruesas, ya que pueden penetrar profundamente en el material. Los láseres de femtosegundos logran una eliminación de material de alta precisión y eficiencia con una transferencia de calor prácticamente insignificante mediante pulsos de luz ultracortos.
El corte por láser ofrece ventajas significativas sobre el corte tradicional con cuchilla. En primer lugar, al ser un proceso sin contacto, no requiere presión física sobre la oblea, lo que reduce los problemas de fragmentación y agrietamiento comunes en el corte mecánico. Esta característica hace que el corte por láser sea especialmente adecuado para procesar obleas frágiles o ultrafinas, sobre todo aquellas con estructuras complejas o detalles finos.
▲ Diagrama de corte láser | Fuente de la imagen: red
Además, la alta precisión del corte láser permite enfocar el haz láser en un punto extremadamente pequeño, admitir patrones de corte complejos y lograr una separación mínima entre chips. Esta característica es especialmente importante para dispositivos semiconductores avanzados con dimensiones cada vez más reducidas.
Sin embargo, el corte por láser también presenta algunas limitaciones. En comparación con el corte con cuchilla, es más lento y costoso, especialmente en la producción a gran escala. Además, elegir el tipo de láser adecuado y optimizar los parámetros para garantizar una eliminación eficiente del material y una zona afectada por el calor mínima puede resultar complicado para ciertos materiales y espesores.
corte por ablación láser
Durante el corte por ablación láser, el haz láser se enfoca con precisión en un punto específico de la superficie de la oblea, y la energía láser se guía según un patrón de corte predeterminado, cortando gradualmente la oblea hasta el fondo. Dependiendo de los requisitos de corte, esta operación se realiza con un láser pulsado o un láser de onda continua. Para evitar daños a la oblea por el calentamiento excesivo del láser, se utiliza agua de refrigeración para enfriarla y protegerla del daño térmico. Asimismo, el agua de refrigeración elimina eficazmente las partículas generadas durante el proceso de corte, previene la contaminación y garantiza la calidad del corte.
Corte láser invisible
El láser también puede enfocarse para transferir calor al cuerpo principal de la oblea, un método denominado «corte láser invisible». En este método, el calor del láser crea huecos en las líneas de corte. Estas zonas debilitadas logran un efecto de penetración similar al romperse cuando la oblea se estira.
▲Proceso principal del corte láser invisible
El proceso de corte invisible se basa en la absorción interna del láser, a diferencia de la ablación láser, donde el láser se absorbe en la superficie. En el corte invisible, se utiliza energía láser con una longitud de onda semitransparente al material del sustrato de la oblea. El proceso se divide en dos etapas principales: una basada en láser y otra de separación mecánica.
▲El rayo láser crea una perforación debajo de la superficie de la oblea, y las caras frontal y posterior no se ven afectadas | Fuente de la imagen: network
En la primera etapa, a medida que el haz láser recorre la oblea, se enfoca en un punto específico de su interior, creando una fisura. La energía del haz provoca la formación de una serie de grietas internas que aún no se han extendido por todo el espesor de la oblea hasta las superficies superior e inferior.
▲Comparación de obleas de silicio de 100 μm de espesor cortadas mediante el método de cuchilla y el método de corte láser invisible | Fuente de la imagen: network
En la segunda etapa, la cinta de chips en la parte inferior de la oblea se expande físicamente, lo que genera tensión en las grietas internas de la oblea, inducidas durante el proceso láser en la primera etapa. Esta tensión provoca que las grietas se extiendan verticalmente hacia las superficies superior e inferior de la oblea, separándola en chips a lo largo de estos puntos de corte. En el corte invisible, se suele utilizar el corte parcial o el corte parcial inferior para facilitar la separación de las obleas en chips.
Principales ventajas del corte láser invisible frente a la ablación láser:
• No requiere refrigerante
• No se generaron escombros
• No hay zonas afectadas por el calor que puedan dañar los circuitos sensibles.
Corte por plasma
El corte por plasma (también conocido como grabado por plasma o grabado en seco) es una tecnología avanzada de corte de obleas que utiliza grabado iónico reactivo (RIE) o grabado iónico reactivo profundo (DRIE) para separar los chips individuales de las obleas semiconductoras. Esta tecnología logra el corte mediante la eliminación química de material a lo largo de líneas de corte predeterminadas utilizando plasma.
Durante el proceso de corte por plasma, la oblea semiconductora se coloca en una cámara de vacío, se introduce en ella una mezcla controlada de gases reactivos y se aplica un campo eléctrico para generar un plasma con una alta concentración de iones y radicales reactivos. Estas especies reactivas interactúan con el material de la oblea y lo eliminan selectivamente a lo largo de la línea de corte mediante una combinación de reacción química y pulverización catódica física.
La principal ventaja del corte por plasma es que reduce la tensión mecánica sobre la oblea y el chip, así como los posibles daños causados por el contacto físico. Sin embargo, este proceso es más complejo y requiere más tiempo que otros métodos, especialmente al trabajar con obleas más gruesas o materiales con alta resistencia al grabado, por lo que su aplicación en la producción en masa es limitada.
▲Red de origen de la imagen
En la fabricación de semiconductores, el método de corte de obleas debe seleccionarse en función de muchos factores, entre ellos las propiedades del material de la oblea, el tamaño y la geometría del chip, la precisión y exactitud requeridas, y el coste y la eficiencia generales de la producción.
Fecha de publicación: 20 de septiembre de 2024