VahvelLõikamine on üks olulisi lüli võimsuspooljuhtide tootmises. See etapp on loodud selleks, et eraldada täpselt üksikud integraallülitused või kiibid pooljuhtplaatidest.
Võtivahvellõikamine on võimeline eraldama üksikuid kiipe, tagades samal ajal, et õrnad struktuurid ja vooluringid, mis on sisse põimitud, säilivadvahvelei ole kahjustatud. Lõikeprotsessi edukus või ebaedu mõjutab mitte ainult laastu eralduskvaliteeti ja saagist, vaid on otseselt seotud ka kogu tootmisprotsessi efektiivsusega.
▲Kolm levinud vahvlilõikamise tüüpi | Allikas: KLA CHINA
Praegu on tavalinevahvelLõikamisprotsessid jagunevad järgmisteks osadeks:
Tera lõikamine: odav, tavaliselt kasutatakse paksemate jaoksvahvlid
Laserlõikus: kõrge hind, tavaliselt kasutatakse vahvlite puhul, mille paksus on üle 30 μm
Plasmalõikus: kõrge hind, rohkem piiranguid, tavaliselt kasutatakse vahvlite puhul paksusega alla 30 μm
Mehaaniline tera lõikamine
Teraga lõikamine on protsess, mille käigus lõigatakse piki joont kiirelt pöörleva lihvketta (tera) abil. Tera on tavaliselt valmistatud abrasiivsest või üliõhukesest teemantmaterjalist, mis sobib räniplaatide viilutamiseks või soonte lõikamiseks. Mehaanilise lõikemeetodina tugineb teraga lõikamine aga füüsilisele materjali eemaldamisele, mis võib kergesti põhjustada laastuserva mõranemist või pragunemist, mõjutades seeläbi toote kvaliteeti ja vähendades saagikust.
Mehaanilise saagimisprotsessi tulemusel saadud lõpptoote kvaliteeti mõjutavad mitmed parameetrid, sealhulgas lõikekiirus, tera paksus, tera läbimõõt ja tera pöörlemiskiirus.
Täislõige on kõige põhilisem tera lõikamismeetod, mis lõikab tooriku täielikult, lõigates selle fikseeritud materjaliks (näiteks lõikelindiks).
▲ Mehaaniline tera lõikamine - täielik lõige | Pildi allikas võrgustik
Poollõikamine on töötlemismeetod, mille puhul luuakse soon, lõigates töödeldava detaili keskele. Pideva soonimisprotsessi abil saab luua kammi- ja nõelakujulisi otsi.
▲ Mehaaniline tera lõikamine - pooleks lõikamine | Pildi allikas võrgustik
Topeltlõikus on töötlemismeetod, mille puhul kasutatakse kahe spindliga topeltlõikussaagi, et teha kahel tootmisliinil samaaegselt täis- või poollõikusi. Topeltlõikussael on kaks spindlitelge. Selle protsessi abil on võimalik saavutada suur läbilaskevõime.
▲ Mehaaniline tera lõikamine - topeltlõige | Pildi allikas võrgustik
Astmelise lõikamise puhul kasutatakse kahe spindliga topeltlõikussaagi, et teha täis- ja poollõikeid kahes etapis. Kvaliteetse töötluse saavutamiseks kasutatakse terasid, mis on optimeeritud vahvli pinnal oleva juhtmestiku kihi lõikamiseks, ja terasid, mis on optimeeritud ülejäänud räni monokristalli lõikamiseks.
▲ Mehaaniline teraga lõikamine – astmeline lõikamine | Pildi allikas võrgustik
Kalduslõikus on töötlemismeetod, mille puhul kasutatakse astmelise lõikamise käigus V-kujulise servaga tera, et lõigata vahvel kahes etapis. Lõikamisprotsessi käigus teostatakse ka kaldlõikusprotsess. Seega on võimalik saavutada kõrge vormi tugevus ja kvaliteetne töötlus.
▲ Mehaaniline teraga lõikamine – kaldlõikamine | Pildi allikas võrgustik
Laserlõikus
Laserlõikus on kontaktivaba pooljuhtplaatide lõikamise tehnoloogia, mis kasutab pooljuhtplaatidest üksikute kiipide eraldamiseks fokuseeritud laserkiirt. Suure energiaga laserkiir fokuseeritakse plaadi pinnale ja aurustab või eemaldab materjali mööda etteantud lõikejoont ablatsiooni või termilise lagundamise protsesside abil.
▲ Laserlõikuse skeem | Pildi allikas: KLA CHINA
Praegu laialdaselt kasutatavate laserite tüüpide hulka kuuluvad ultraviolettlaserid, infrapunalaserid ja femtosekundilised laserid. Nende hulgas kasutatakse ultraviolettlasereid sageli täpseks külmpuhastuseks tänu nende kõrgele footonenergiale ja äärmiselt väikesele kuummõjutsoonile, mis aitab tõhusalt vähendada vahvli ja seda ümbritsevate kiipide termilise kahjustuse ohtu. Infrapunalaserid sobivad paremini paksemate vahvlite jaoks, kuna need suudavad tungida sügavale materjali. Femtosekundilised laserid saavutavad ülitäpse ja tõhusa materjali eemaldamise peaaegu olematu soojusülekandega ülilühikeste valgusimpulsside kaudu.
Laserlõikusel on traditsioonilise teraga lõikamise ees olulisi eeliseid. Esiteks ei nõua laserlõikus kontaktivaba protsessina füüsilist survet vahvlile, vähendades mehaanilise lõikamise puhul tavalisi killustumise ja pragunemise probleeme. See omadus muudab laserlõikuse eriti sobivaks habraste või üliõhukeste vahvlite töötlemiseks, eriti keeruka struktuuri või peente omadustega vahvlite puhul.
▲ Laserlõikuse skeem | Pildi allikavõrk
Lisaks võimaldab laserlõikuse kõrge täpsus ja täpsus fokuseerida laserkiire äärmiselt väikesele täpi suurusele, toetada keerukaid lõikemustreid ja saavutada minimaalse vahekauguse kiipide vahel. See omadus on eriti oluline täiustatud pooljuhtseadmete puhul, mille mõõtmed vähenevad.
Laserlõikusel on aga ka mõningaid piiranguid. Võrreldes teraga lõikamisega on see aeglasem ja kallim, eriti suurtootmises. Lisaks võib teatud materjalide ja paksuste puhul olla keeruline valida õiget tüüpi laserit ja optimeerida parameetreid, et tagada tõhus materjali eemaldamine ja minimaalne kuummõjutsoon.
Laserablatsioonlõikus
Laserablatsioonlõikuse käigus fokuseeritakse laserkiir täpselt plaadi pinnale kindlaksmääratud kohta ja laseri energia suunatakse vastavalt etteantud lõikemustrile, lõigates järk-järgult läbi plaadi põhjani. Sõltuvalt lõikamisnõuetest teostatakse see operatsioon impulsslaseri või pidevlainelaseri abil. Laseri liigsest lokaalsest kuumenemisest tingitud plaadi kahjustuste vältimiseks kasutatakse jahutusvett, mis jahutab ja kaitseb plaati termiliste kahjustuste eest. Samal ajal saab jahutusveega tõhusalt eemaldada ka lõikamisprotsessi käigus tekkivad osakesed, vältida saastumist ja tagada lõikekvaliteedi.
Laserlõikus
Laserit saab fokuseerida ka soojuse ülekandmiseks vahvli põhiosasse, seda meetodit nimetatakse "nähtamatuks laserlõikuseks". Selle meetodi puhul tekitab laseri kuumus joonimisradadesse tühimikke. Need nõrgestatud alad saavutavad seejärel sarnase läbitungimisefekti, purunedes vahvli venitamisel.
▲ Laserlõikuse peamine protsess nähtamatu lõikamise teel
Nähtamatu lõikeprotsess on sisemise neeldumisega laserprotsess, mitte laserablatsioon, kus laser neeldub pinnale. Nähtamatu lõike puhul kasutatakse laserkiire energiat lainepikkusega, mis on poolläbipaistev vahvli alusmaterjali suhtes. Protsess jaguneb kaheks põhietapiks: üks on laserpõhine protsess ja teine on mehaaniline eraldusprotsess.
▲Laserkiir loob vahvli pinna alla perforatsiooni ning esi- ja tagakülge see ei mõjuta | Pildi allikas võrk
Esimeses etapis, kui laserkiir skaneerib vahvlit, fokusseerub laserkiir vahvli sees olevale kindlale punktile, moodustades sees pragunemiskoha. Kiire energia põhjustab sees pragude seeria tekkimist, mis ei ole veel läbinud vahvli kogu paksust ülemise ja alumise pinnani.
▲ Terameetodil ja laseriga nähtamatu lõikamise meetodil lõigatud 100 μm paksuste räniplaatide võrdlus | Pildi allikavõrk
Teises etapis paisutatakse vahvli alumine kiibilint füüsiliselt, mis põhjustab vahvli sees olevates pragudes tõmbepingeid, mis tekivad laserprotsessi käigus esimeses etapis. See pinge põhjustab pragude vertikaalset laienemist vahvli ülemisele ja alumisele pinnale ning seejärel vahvli eraldamist nende lõikepunktide vahel kiipideks. Nähtamatu lõikamise puhul kasutatakse vahvlite kiipide või laastude eraldamise hõlbustamiseks tavaliselt poollõikamist või alumist poollõikamist.
Nähtamatu laserlõikuse peamised eelised laserablatsiooni ees:
• Jahutusvedelikku pole vaja
• Prahti ei teki
• Puuduvad kuumusest mõjutatud tsoonid, mis võiksid tundlikke vooluringe kahjustada
Plasmalõikus
Plasmalõikus (tuntud ka kui plasma söövitus või kuivsöövitus) on täiustatud pooljuhtplaatide lõikamise tehnoloogia, mis kasutab reaktiivset ioonsöövitust (RIE) või sügavat reaktiivset ioonsöövitust (DRIE), et eraldada üksikud kiibid pooljuhtplaatidest. Tehnoloogia saavutab lõikamise materjali keemilise eemaldamise teel mööda etteantud lõikejooni plasma abil.
Plasmalõikamisprotsessi käigus asetatakse pooljuhtplaat vaakumkambrisse, kambrisse juhitakse kontrollitud reaktiivgaasisegu ja elektrivälja abil tekitatakse plasma, mis sisaldab suurt kontsentratsiooni reaktiivseid ioone ja radikaale. Need reaktiivsed osakesed interakteeruvad plaadimaterjaliga ja eemaldavad keemilise reaktsiooni ja füüsikalise pihustamise kombinatsiooni abil valikuliselt plaadimaterjali piki joont.
Plasmalõikuse peamine eelis on see, et see vähendab vahvli ja kiibi mehaanilist pinget ning füüsilisest kokkupuutest tulenevat võimalikku kahjustust. See protsess on aga keerukam ja aeganõudvam kui teised meetodid, eriti paksemate vahvlite või kõrge söövituskindlusega materjalide puhul, mistõttu on selle rakendamine masstootmises piiratud.
▲Pildiallika võrk
Pooljuhtide tootmisel tuleb vahvlite lõikamismeetod valida paljude tegurite põhjal, sealhulgas vahvli materjali omadused, kiibi suurus ja geomeetria, nõutav täpsus ja täpsusaste ning üldised tootmiskulud ja -tõhusus.
Postituse aeg: 20. september 2024