A tranchedoit passer par trois changements pour devenir une véritable puce semi-conductrice : d'abord, le lingot en forme de bloc est découpé en plaquettes ; dans le deuxième processus, les transistors sont gravés sur la face avant de la plaquette grâce au processus précédent ; enfin, l'emballage est effectué, c'est-à-dire que, grâce au processus de découpe, letrancheLa plaquette devient une puce semi-conductrice complète. Le processus de packaging fait partie du processus final. Au cours de ce processus, la plaquette est découpée en plusieurs puces hexaédriques individuelles. Ce processus d'obtention de puces indépendantes est appelé « singulation », et le sciage de la plaquette en cuboïdes indépendants est appelé « découpe de plaquette ». Récemment, grâce aux progrès de l'intégration des semi-conducteurs, l'épaisseur desgaufrettesest devenu de plus en plus mince, ce qui bien sûr apporte beaucoup de difficultés au processus de « singularisation ».
L'évolution du découpage en dés des plaquettes
Les processus front-end et back-end ont évolué grâce à l'interaction de diverses manières : l'évolution des processus back-end peut déterminer la structure et la position des petites puces hexaédriques séparées de la matrice sur letranche, ainsi que la structure et la position des pads (chemins de connexion électrique) sur la plaquette ; au contraire, l'évolution des processus front-end a changé le processus et la méthode detrancheL'amincissement du dos et le découpage en dés lors du processus final. Par conséquent, l'aspect de plus en plus sophistiqué de l'emballage aura un impact considérable sur le processus final. De plus, le nombre, la procédure et le type de découpage en dés évolueront en fonction de l'évolution de l'aspect de l'emballage.
Découpe par scribe
Au début, la « rupture » par application d’une force externe était la seule méthode de découpage en dés qui pouvait diviser letrancheen matrices hexaédriques. Cependant, cette méthode présente l'inconvénient d'ébrécher ou de fissurer le bord du petit éclat. De plus, comme les bavures à la surface du métal ne sont pas complètement éliminées, la surface de coupe est très rugueuse.
Afin de résoudre ce problème, la méthode de découpe « Scribing » a vu le jour, c'est-à-dire avant de « casser », la surface de latrancheLa découpe est effectuée à environ la moitié de la profondeur. Le « scribing », comme son nom l'indique, consiste à scier (à moitié) la face avant de la plaquette à l'avance à l'aide d'une turbine. Au début, la plupart des plaquettes de moins de 15 cm utilisaient cette méthode de découpe, qui consistait à « trancher » d'abord entre les puces, puis à « casser ».
Découpage à la lame ou sciage à la lame
La méthode de découpe par « rayage » a progressivement évolué vers la découpe par « découpage à la lame » (ou sciage), qui consiste à découper deux ou trois fois de suite avec une lame. Cette méthode permet de compenser le phénomène d'écaillage des copeaux lors de la « rupture » après le « rayage » et de les protéger lors de la « séparation ». La découpe à la lame diffère de la découpe par « découpage » précédente : après une découpe à la lame, il n'y a pas de « rupture », mais une nouvelle coupe avec une lame. C'est pourquoi on l'appelle aussi « découpage par étapes ».
Afin de protéger la plaquette des dommages externes pendant la découpe, un film est appliqué au préalable sur la plaquette afin de garantir une séparation plus sûre. Lors de la rectification arrière, le film est fixé à l'avant de la plaquette. En revanche, lors de la découpe à la lame, il doit être fixé à l'arrière de la plaquette. Lors du collage eutectique des puces (fixation des puces séparées sur le circuit imprimé ou le cadre fixe), le film fixé à l'arrière se détache automatiquement. En raison de la friction élevée lors de la découpe, un jet d'eau déionisée continu doit être pulvérisé dans toutes les directions. De plus, la turbine doit être munie de particules de diamant pour une meilleure découpe des tranches. À ce stade, la coupe (épaisseur de la lame : largeur de la rainure) doit être uniforme et ne pas dépasser la largeur de la rainure de découpe.
Le sciage a longtemps été la méthode de découpe traditionnelle la plus répandue. Son principal avantage réside dans la possibilité de découper un grand nombre de plaquettes en un temps record. Cependant, une augmentation importante de la vitesse d'alimentation des plaquettes accroît le risque d'écaillage des bords des puces. Par conséquent, la cadence de rotation de la turbine doit être contrôlée à environ 30 000 tours par minute. On constate que la technologie des semi-conducteurs est souvent un secret accumulé lentement au fil d'une longue période d'expérimentation et d'essais (la section suivante consacrée à la liaison eutectique abordera la découpe et le DAF).
Découpage avant broyage (DBG) : la séquence de coupe a changé la méthode
Lors de la découpe à la lame d'une plaquette de 20 cm de diamètre, il n'y a pas lieu de s'inquiéter du décollement ou de la fissuration des bords des puces. Cependant, lorsque le diamètre de la plaquette atteint 53 cm et que son épaisseur devient extrêmement fine, les phénomènes de décollement et de fissuration réapparaissent. Afin de réduire considérablement l'impact physique sur la plaquette pendant la découpe, la méthode DBG de « découpe avant meulage » remplace la séquence de découpe traditionnelle. Contrairement à la méthode traditionnelle de découpe à la lame qui coupe en continu, la méthode DBG effectue d'abord une découpe à la lame, puis amincit progressivement l'épaisseur de la plaquette en amincissant continuellement la face arrière jusqu'à la séparation de la puce. La méthode DBG est une version améliorée de la précédente. Grâce à la réduction de l'impact de la seconde découpe, la méthode DBG s'est rapidement popularisée dans le domaine du « packaging de niveau plaquette ».
Découpage au laser
Le procédé de fabrication de boîtiers à l'échelle de la tranche (WLCSP) utilise principalement la découpe laser. Cette technique permet de réduire les phénomènes tels que le décollement et la fissuration, permettant ainsi d'obtenir des puces de meilleure qualité. Cependant, une épaisseur de tranche supérieure à 100 μm réduit considérablement la productivité. Par conséquent, elle est principalement utilisée sur des tranches d'épaisseur inférieure à 100 μm (relativement fines). La découpe laser découpe le silicium en appliquant un laser à haute énergie sur la rainure de la tranche. Cependant, la découpe laser conventionnelle nécessite l'application préalable d'un film protecteur sur la surface de la tranche. En chauffant ou en irradiant la surface de la tranche avec le laser, ces contacts physiques créent des rainures, auxquelles les fragments de silicium découpés adhèrent également. La découpe laser traditionnelle découpe directement la surface de la tranche, ce qui la rend similaire à la découpe à la lame.
La découpe furtive (SD) consiste à découper d'abord l'intérieur de la plaquette à l'aide d'une énergie laser, puis à appliquer une pression externe sur le ruban adhésif au dos pour le briser et séparer la puce. Lorsqu'une pression est appliquée sur le ruban adhésif au dos, la plaquette est instantanément soulevée par son étirement, séparant ainsi la puce. Les avantages de la SD par rapport à la découpe laser traditionnelle sont les suivants : premièrement, l'absence de débris de silicium ; deuxièmement, la largeur de la rainure de découpe (Kerf : kerf = ...
Découpage au plasma
La découpe plasma est une technologie récente qui utilise la gravure plasma pour découper en cours de fabrication. Elle utilise des matériaux semi-gazeux plutôt que liquides, ce qui limite considérablement l'impact environnemental. La découpe de la plaquette entière en une seule fois permet une vitesse de découpe relativement élevée. Cependant, la méthode plasma utilise un gaz de réaction chimique comme matière première, et la gravure est très complexe, ce qui rend son déroulement relativement complexe. Cependant, comparée à la découpe à la lame et au laser, la découpe plasma n'endommage pas la surface de la plaquette, ce qui réduit le taux de défauts et permet d'obtenir davantage de puces.
Récemment, l'épaisseur des plaquettes ayant été réduite à 30 μm, le cuivre (Cu) et les matériaux à faible constante diélectrique (Low-k) sont de plus en plus utilisés. Par conséquent, afin d'éviter les bavures, les méthodes de découpe plasma seront privilégiées. Bien entendu, la technologie de découpe plasma est en constante évolution. Je suis convaincu que, dans un avenir proche, il ne sera plus nécessaire de porter un masque spécial pour la gravure, car il s'agit d'un axe de développement majeur de la découpe plasma.
Avec la réduction continue de l'épaisseur des plaquettes, de 100 µm à 50 µm, puis à 30 µm, les méthodes de découpe permettant d'obtenir des puces individuelles ont évolué, passant de la découpe par bris et à la découpe à la lame à la découpe laser et à la découpe plasma. Si ces méthodes de plus en plus sophistiquées ont augmenté les coûts de production, le coût de production d'une puce a également connu une tendance à la baisse grâce à la réduction significative des phénomènes indésirables tels que le pelage et la fissuration, fréquents lors de la découpe de puces semi-conductrices, et à l'augmentation du nombre de puces obtenues par plaquette. L'augmentation du nombre de puces obtenues par unité de surface de plaquette est bien sûr étroitement liée à la réduction de la largeur de la voie de découpe. La découpe plasma permet d'obtenir près de 20 % de puces en plus qu'avec la découpe à la lame, ce qui constitue également une raison majeure pour laquelle les utilisateurs optent pour la découpe plasma. Avec le développement et les changements des plaquettes, de l'apparence des puces et des méthodes d'emballage, divers procédés de découpe tels que la technologie de traitement des plaquettes et le DBG émergent également.
Date de publication : 10 octobre 2024