A vohvelion käytävä läpi kolme muutosta tullakseen todelliseksi puolijohdesiruksi: ensin lohkon muotoinen harkko leikataan kiekoiksi; toisessa prosessissa transistorit kaiverretaan kiekon etupuolelle edellisen prosessin avulla; lopuksi suoritetaan pakkaus eli leikkausprosessin avullavohvelitulee täydellinen puolijohdesiru. Voidaan nähdä, että pakkausprosessi kuuluu taustaprosessiin. Tässä prosessissa kiekko leikataan useiksi heksaedrimuotoisiksi yksittäisiksi siruiksi. Tätä itsenäisten sirujen saamisprosessia kutsutaan "singulaatioksi", ja kiekkolevyn sahaamista itsenäisiksi suorakulmaisiksi kuutioiksi kutsutaan "kiekkojen leikkaukseksi (stanssisahaus)". Viime aikoina puolijohdeintegraation parantuessa paksuuskiekoton ohentunut ja ohentunut, mikä tietenkin tuo paljon vaikeuksia "yksilöintiprosessiin".
Kiekkojen kuutioinnin kehitys
Etu- ja taustaprosessit ovat kehittyneet vuorovaikutuksen kautta monin eri tavoin: taustaprosessien kehitys voi määrittää sirusta erotettujen heksaedrimuotoisten pienten sirujen rakenteen ja sijainninvohvelisekä kiekon tyynyjen (sähköisten liitäntäreittien) rakenne ja sijainti; päinvastoin, etupään prosessien kehitys on muuttanut prosessia ja menetelmäävohvelitakaosan ohentaminen ja "stanssin paloittelu" taustaprosessissa. Siksi pakkauksen yhä hienostuneemmalla ulkonäöllä on suuri vaikutus taustaprosessiin. Lisäksi paloittelun määrä, menettely ja tyyppi muuttuvat vastaavasti pakkauksen ulkonäön muutoksen mukaan.
Kirjurin kuutiointi
Alkuaikoina ulkoisen voiman avulla "murtaminen" oli ainoa kuutiointimenetelmä, jolla voitiin jakaavohveliheksaedrimuotteiksi. Tällä menetelmällä on kuitenkin haittapuolena pienen sirun reunan lohkeilu tai halkeilu. Lisäksi, koska metallin pinnan purseita ei poisteta kokonaan, leikkauspinta on myös erittäin karkea.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi kehitettiin ”piirtoleikkaus”-menetelmä, jossa ennen ”murtamista” pinnanvohvelileikataan noin puoleen syvyyteen. Kuten nimestä voi päätellä, "uurtaminen" tarkoittaa kiekon etupuolen sahaamista (puolileikkaamista) etukäteen juoksupyörän avulla. Alkuaikoina useimmissa alle 6 tuuman kiekoissa käytettiin tätä leikkausmenetelmää, jossa ensin "viipaloitiin" sirujen välistä ja sitten "murrettiin".
Terän kuutiointi tai terän sahaus
”Uurtava” leikkausmenetelmä kehittyi vähitellen ”terällä leikkaavaksi” leikkaus- (tai sahaus-)menetelmäksi, jossa terää käytetään leikkaamiseen kaksi tai kolme kertaa peräkkäin. ”Terällä leikkaava” menetelmä voi kompensoida pienten lastujen irtoamista ”uurtavan” osan ”murtuessa” ja suojata pieniä lastuja ”erottelemisen” aikana. ”Terällä leikkaaminen” eroaa aiemmasta ”kuutiointileikkauksesta”, eli ”terällä leikkaamisen” jälkeen ei ole kyse ”murtamisesta”, vaan uudelleen leikkaamisesta terällä. Siksi sitä kutsutaan myös ”porrastetuksi kuutiointimenetelmäksi”.
Kiekon suojaamiseksi ulkoisilta vaurioilta leikkausprosessin aikana kiekkoon kiinnitetään etukäteen kalvo turvallisemman "yksittäisleikkauksen" varmistamiseksi. "Takaisinhionnassa" kalvo kiinnitetään kiekon etupuolelle. Mutta päinvastoin, "teräleikkauksessa" kalvo tulisi kiinnittää kiekon takapuolelle. Eutektisessa sirujen liimauksessa (sirujen kiinnittäminen piirilevyyn tai kiinteään kehykseen) takapuolelle kiinnitetty kalvo irtoaa automaattisesti. Leikkauksen aikana esiintyvän suuren kitkan vuoksi deionisoitua vettä tulisi suihkuttaa jatkuvasti kaikista suunnista. Lisäksi juoksupyörä tulisi kiinnittää timanttihiukkasilla, jotta viipaleet voidaan leikata paremmin. Tällöin leikkauksen (terän paksuus: uran leveys) on oltava tasainen eikä se saa ylittää kuutiointiuran leveyttä.
Sahaaminen on pitkään ollut yleisimmin käytetty perinteinen leikkausmenetelmä. Sen suurin etu on, että sillä voidaan leikata suuri määrä kiekkoja lyhyessä ajassa. Jos kuitenkin viipaleen syöttönopeutta lisätään huomattavasti, sirun reunan irtoamisen mahdollisuus kasvaa. Siksi juoksupyörän kierrosten määrää tulisi säätää noin 30 000 kertaan minuutissa. Voidaan nähdä, että puolijohdeprosessien teknologia on usein salaisuus, joka on kertynyt hitaasti pitkän kertymisjakson ja kokeilujen ja erehdysten kautta (seuraavassa eutektista sidontaa käsittelevässä osiossa käsittelemme leikkaamista ja DAF:ia).
Jauhamista edeltävä kuutiointi (DBG): leikkausjärjestys on muuttanut menetelmää
Kun teräleikkaus suoritetaan 8 tuuman halkaisijaltaan olevalle kiekolle, ei tarvitse huolehtia sirun reunan irtoamisesta tai halkeilusta. Mutta kun kiekon halkaisija kasvaa 21 tuumaan ja paksuus muuttuu erittäin ohueksi, kuoriutumis- ja halkeiluilmiöt alkavat jälleen ilmetä. Leikkausprosessin aikana kiekkoon kohdistuvan fyysisen vaikutuksen merkittäväksi vähentämiseksi DBG-menetelmä, jossa "kuutioidaan ennen jauhamista", korvaa perinteisen leikkausjärjestyksen. Toisin kuin perinteinen jatkuvasti leikkaava "teräleikkaus"-menetelmä, DBG suorittaa ensin "teräleikkauksen" ja sitten vähitellen ohentaa kiekon paksuutta ohentamalla jatkuvasti sen takapuolta, kunnes siru halkeaa. Voidaan sanoa, että DBG on päivitetty versio aiemmasta "teräleikkaus"-menetelmästä. Koska se voi vähentää toisen leikkauksen vaikutusta, DBG-menetelmä on nopeasti yleistynyt "kiekkotason pakkauksissa".
Laserkuutiointi
Kiekkotason sirujen skaalauspakkausprosessissa (WLCSP) käytetään pääasiassa laserleikkausta. Laserleikkaus voi vähentää kuoriutumista ja halkeilua, jolloin saadaan parempilaatuisia siruja, mutta kun kiekon paksuus on yli 100 μm, tuottavuus heikkenee huomattavasti. Siksi sitä käytetään enimmäkseen alle 100 μm:n paksuisilla kiekoilla (suhteellisen ohuilla). Laserleikkaus leikkaa piitä kohdistamalla kiekon uraan korkeaenergistä laseria. Perinteistä laserleikkausmenetelmää käytettäessä kiekon pinnalle on kuitenkin levitettävä etukäteen suojakalvo. Koska kiekon pintaa lämmitetään tai säteilytetään laserilla, nämä fyysiset kosketukset tuottavat uria kiekon pintaan, ja leikatut piifragmentit tarttuvat myös pintaan. Voidaan nähdä, että perinteinen laserleikkausmenetelmä leikkaa myös suoraan kiekon pintaa, ja tässä suhteessa se on samanlainen kuin "teräleikkausmenetelmä".
Stealth Dicing (SD) on menetelmä, jossa ensin leikataan kiekon sisäpuoli laserenergialla ja sitten kohdistetaan ulkoista painetta takaosaan kiinnitettyyn teippiin sen rikkomiseksi, jolloin siru erottuu. Kun takaosan teippiin kohdistetaan painetta, kiekko nousee välittömästi ylöspäin teipin venymisen vuoksi, jolloin siru erottuu. SD:n edut perinteiseen laserleikkausmenetelmään verrattuna ovat: ensinnäkin ei ole piisiruja; toiseksi, ura (Kerf: viillon leveys) on kapea, joten saadaan enemmän siruja. Lisäksi SD-menetelmä vähentää huomattavasti kuoriutumis- ja halkeiluilmiötä, mikä on ratkaisevan tärkeää leikkauksen yleisen laadun kannalta. Siksi SD-menetelmästä tulee todennäköisesti suosituin teknologia tulevaisuudessa.
Plasmakuutiointi
Plasmaleikkaus on äskettäin kehitetty tekniikka, jossa käytetään plasmaetsausta leikkaamiseen valmistusprosessin (Fab) aikana. Plasmaleikkauksessa käytetään nesteiden sijaan puolikaasumaisia materiaaleja, joten ympäristövaikutus on suhteellisen pieni. Lisäksi käytetään menetelmää, jossa koko kiekko leikataan kerralla, joten "leikkaus"nopeus on suhteellisen nopea. Plasmamenetelmässä raaka-aineena käytetään kuitenkin kemiallisen reaktion kaasua, ja etsausprosessi on hyvin monimutkainen, joten sen prosessikulku on suhteellisen kömpelö. Verrattuna "teräleikkaukseen" ja laserleikkaukseen plasmaleikkaus ei kuitenkaan vaurioita kiekon pintaa, mikä vähentää vikaantumisastetta ja mahdollistaa enemmän siruja.
Viime aikoina, koska kiekkojen paksuutta on pienennetty 30 μm:iin, käytetään paljon kuparia (Cu) tai matalan dielektrisyysvakion omaavia materiaaleja (Low-k). Siksi purseiden (Burr) estämiseksi suositaan myös plasmaleikkausmenetelmiä. Tietenkin myös plasmaleikkaustekniikka kehittyy jatkuvasti. Uskon, että lähitulevaisuudessa jonain päivänä ei enää tarvita erityistä maskia syövytyksen aikana, koska tämä on plasmaleikkauksen merkittävä kehityssuunta.
Koska kiekkojen paksuutta on jatkuvasti pienennetty 100 μm:stä 50 μm:iin ja sitten 30 μm:iin, myös itsenäisten sirujen leikkausmenetelmät ovat muuttuneet ja kehittyneet "murto"- ja "terä"-leikkauksesta laserleikkaukseen ja plasmaleikkaukseen. Vaikka yhä kypsemmät leikkausmenetelmät ovat nostaneet itse leikkausprosessin tuotantokustannuksia, toisaalta vähentämällä merkittävästi puolijohdesirujen leikkauksessa usein esiintyviä ei-toivottuja ilmiöitä, kuten kuoriutumista ja halkeilua, ja lisäämällä kiekkoyksikköä kohden saatavien sirujen määrää, yksittäisen sirun tuotantokustannukset ovat osoittaneet laskusuuntaa. Tietenkin kiekon pinta-alayksikköä kohden saatavien sirujen määrän kasvu liittyy läheisesti leikkausradan leveyden pienenemiseen. Plasmaleikkauksella voidaan saada lähes 20 % enemmän siruja verrattuna "terä"-leikkausmenetelmään, mikä on myös merkittävä syy siihen, miksi ihmiset valitsevat plasmaleikkauksen. Kiekkojen, sirujen ulkonäön ja pakkausmenetelmien kehityksen ja muutosten myötä myös erilaisia leikkausprosesseja, kuten kiekkojen prosessointitekniikka ja DBG, on syntymässä.
Julkaisun aika: 10.10.2024