ObleaEl corte es uno de los pasos más 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 objetivo del corte es poder separar chips individuales y al mismo tiempo garantizar que las delicadas estructuras y circuitos integrados en elobleaNo 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
En la actualidad, lo comúnobleaLos procesos de corte se dividen en:
Corte de cuchilla: bajo costo, generalmente se utiliza para piezas más gruesas.obleas
Corte por láser: alto coste, normalmente se utiliza para obleas con un espesor de más de 30 μm
Corte por plasma: alto coste, más restricciones, normalmente se utiliza para obleas con un espesor inferior a 30μm
Corte mecánico con cuchilla
El corte con cuchilla es un proceso de corte a lo largo de la línea de corte mediante un disco abrasivo giratorio de alta velocidad (cuchilla). La cuchilla suele estar hecha de material abrasivo o de diamante ultrafino, apto para cortar o ranurar obleas de silicio. Sin embargo, al ser un método de corte mecánico, el corte con cuchilla se basa en la eliminación física de material, lo que puede provocar fácilmente astillamiento o agrietamiento del filo de la viruta, lo que afecta la calidad del producto y reduce el rendimiento.
La calidad del producto final producido mediante el proceso de aserrado mecánico se ve afectada por múltiples parámetros, incluida la velocidad de corte, el espesor de la hoja, el diámetro de la hoja y la velocidad de rotación de la hoja.
El corte completo es el método de corte de cuchilla más básico, que corta completamente la pieza de trabajo cortando un material fijo (como una cinta de corte).
▲ Corte mecánico con cuchilla - corte completo | Fuente de la imagen: red
El medio corte es un método de procesamiento que produce una ranura cortando hasta el centro de la pieza. Mediante el ranurado continuo, se pueden producir puntas en forma de peine y aguja.
▲ Corte mecánico con cuchilla - medio corte | Fuente de la imagen: red
El corte doble es un método de procesamiento que utiliza una sierra de corte doble con dos husillos para realizar cortes completos o medios en dos líneas de producción simultáneamente. La sierra de corte doble tiene dos ejes de husillo. Con este proceso se logra un alto rendimiento.
▲ Corte mecánico con cuchilla - doble corte | Fuente de la imagen: red
El corte escalonado utiliza una sierra de corte doble con dos husillos para realizar cortes completos y medios en dos etapas. Utiliza cuchillas optimizadas para cortar la capa de cableado en la superficie de la oblea y cuchillas optimizadas para el resto del monocristal de silicio, lo que permite un procesamiento de alta calidad.
▲ Corte mecánico con cuchilla – corte escalonado | Fuente de la imagen: red
El corte en bisel es un método de procesamiento que utiliza una cuchilla con un filo en forma de V en el semicorte para cortar la oblea en dos etapas durante el proceso de corte escalonado. El biselado se realiza durante el corte. Por lo tanto, se logra una alta resistencia del molde y un procesamiento de alta calidad.
▲ Corte mecánico con cuchilla – corte biselado | Fuente de la imagen: red
Corte por 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 por láser | Fuente de la imagen: KLA CHINA
Los tipos de láseres más utilizados actualmente incluyen los láseres ultravioleta, infrarrojo y de femtosegundo. Entre ellos, los ultravioleta se emplean a menudo para la ablación en frío precisa debido a su alta energía fotónica y a que la zona afectada por el calor es extremadamente pequeña, lo que puede reducir eficazmente el riesgo de daño térmico a la oblea y los chips que la rodean. Los láseres infrarrojos son más adecuados para obleas más gruesas, ya que pueden penetrar profundamente en el material. Los láseres de femtosegundo logran una eliminación de material de alta precisión y eficiencia con una transferencia de calor prácticamente nula mediante pulsos de luz ultracortos.
El corte por láser presenta 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 lo hace especialmente adecuado para procesar obleas frágiles o ultrafinas, especialmente aquellas con estructuras complejas o características finas.
▲ Diagrama de corte por láser | Fuente de la imagen: red
Además, la alta precisión y exactitud del corte láser permite enfocar el haz láser en un tamaño de 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 tamaños cada vez más pequeños.
Sin embargo, el corte por láser también presenta algunas limitaciones. Comparado 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 minimizar la zona afectada por el calor puede ser un desafío 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. Según los requisitos de corte, esta operación se realiza con un láser pulsado o un láser de onda continua. Para evitar daños en la oblea debido a un calentamiento local excesivo del láser, se utiliza agua de refrigeración para enfriarla y protegerla del daño térmico. Al mismo tiempo, el agua de refrigeración también puede eliminar eficazmente las partículas generadas durante el proceso de corte, prevenir la contaminación y garantizar la calidad del corte.
Corte invisible por láser
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 áreas debilitadas logran un efecto de penetración similar al romperse al estirar la oblea.
▲Proceso principal de corte invisible por láser
El proceso de corte invisible es un proceso láser de absorción interna, a diferencia de la ablación láser, donde el láser se absorbe en la superficie. En el corte invisible, se utiliza energía del haz láser con una longitud de onda semitransparente al material del sustrato de la oblea. El proceso se divide en dos pasos principales: uno basado en láser y el otro en un proceso de separación mecánica.
▲El rayo láser crea una perforación debajo de la superficie de la oblea, y los lados frontal y posterior no se ven afectados | Fuente de la imagen: red
En el primer paso, mientras el rayo láser escanea la oblea, se enfoca en un punto específico dentro de ella, formando una grieta en su interior. La energía del rayo provoca la formación de una serie de grietas en el interior, 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 con cuchilla y corte invisible por láser | Fuente de la imagen: red
En el segundo paso, la cinta del chip en la parte inferior de la oblea se expande físicamente, lo que genera tensión de tracción en las grietas internas de la oblea, inducidas durante el proceso láser en el primer paso. Esta tensión hace que las grietas se extiendan verticalmente hacia las superficies superior e inferior de la oblea, y luego la separan en chips a lo largo de estos puntos de corte. En el corte invisible, se suele utilizar el semicorte o semicorte inferior para facilitar la separación de las obleas en chips.
Ventajas clave del corte láser invisible frente a la ablación láser:
• No requiere refrigerante
• No se generan residuos
• Sin 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 el grabado iónico reactivo (RIE) o el grabado iónico reactivo profundo (DRIE) para separar 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 mediante plasma.
Durante el proceso de corte por plasma, la oblea semiconductora se coloca en una cámara de vacío, donde se introduce 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 en 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 fuentes de imágenes
En la fabricación de semiconductores, el método de corte de obleas debe seleccionarse en función de muchos factores, incluidas las propiedades del material de la oblea, el tamaño y la geometría del chip, la precisión y exactitud requeridas y el costo y la eficiencia generales de producción.
Hora de publicación: 20 de septiembre de 2024