מה זה חיתוך ופלים?

A רָקִיקצריך לעבור שלושה שינויים כדי להפוך לשבב מוליך למחצה אמיתי: ראשית, המטיל בצורת בלוק נחתך לפלים; בתהליך השני, טרנזיסטורים נחרטים על חזית הוופל באמצעות התהליך הקודם; לבסוף, מתבצעת אריזה, כלומר, באמצעות תהליך החיתוך, ה-רָקִיקהופך לשבב מוליך למחצה שלם. ניתן לראות שתהליך האריזה שייך לתהליך ה-back-end. בתהליך זה, הוופל ייחתך למספר שבבים בודדים מסוג הקסאהדרון. תהליך זה של קבלת שבבים עצמאיים נקרא "סינגולציה", ותהליך ניסור לוח הוופל לקוביות עצמאיות נקרא "חיתוך וופלים (Die Sawing)". לאחרונה, עם שיפור שילוב המוליכים למחצה, עובי ה...ופליםהפך דק יותר ויותר, מה שכמובן מביא קושי רב לתהליך ה"סינגולציה".

האבולוציה של חיתוך ופלים

תהליכי חזית וחזית התפתחו באמצעות אינטראקציה בדרכים שונות: התפתחות תהליכי חזית יכולה לקבוע את המבנה והמיקום של השבבים הקטנים ההקסהדרוניים המופרדים מהקובייה על גבי ה-רָקִיק, כמו גם את המבנה והמיקום של הפדים (נתיבי חיבור חשמליים) על גבי הוופל; להיפך, התפתחות תהליכי הקצה הקדמי שינתה את התהליך והשיטה שלרָקִיקדילול אחורי ו"דייסינג" בתהליך האחורי. לכן, למראה המתוחכם יותר ויותר של האריזה תהיה השפעה רבה על תהליך האחורי. יתר על כן, מספר, הפרוצדורה וסוג החיתוך ישתנו בהתאם לשינוי במראה האריזה.

סופר דייסינג

בימים הראשונים, "שבירה" על ידי הפעלת כוח חיצוני הייתה שיטת החיתוך היחידה שיכלה לחלק אתרָקִיקלתוך תבניות משושה. עם זאת, לשיטה זו יש חסרונות של סדקים או סדקים בקצה השבב הקטן. בנוסף, מכיוון שהקוצים על פני המתכת אינם מוסרים לחלוטין, גם משטח החיתוך מחוספס מאוד.
כדי לפתור בעיה זו, נוצרה שיטת החיתוך "Scribing", כלומר, לפני "שבירת", פני השטח שלרָקִיקנחתך עד למחצית העומק בערך. "שרטוט", כפי שהשם מרמז, מתייחס לשימוש באימפלר לניסור (חצי חיתוך) של הצד הקדמי של הוופלים מראש. בימים הראשונים, רוב הוופלים מתחת ל-6 אינץ' השתמשו בשיטת חיתוך זו של "חיתוך" תחילה בין השבבים ולאחר מכן "שבירה".

חיתוך להב או ניסור להב

שיטת החיתוך "Scribing" התפתחה בהדרגה לשיטת החיתוך (או ניסור) "Blade dicing", שהיא שיטת חיתוך באמצעות להב פעמיים או שלוש פעמים ברציפות. שיטת החיתוך "Blade" יכולה לפצות על תופעת ההתקלפות של שבבים קטנים בעת ה"שבירה" לאחר ה"scribing", ויכולה להגן על שבבים קטנים במהלך תהליך ה"סינגולציה". חיתוך "Blade" שונה מחיתוך "dicing" הקודם, כלומר, לאחר חיתוך "להב", הוא אינו "שבור", אלא חיתוך חוזר עם להב. לכן, הוא נקרא גם שיטת "dicing מדורג".

על מנת להגן על הוופל מפני נזק חיצוני במהלך תהליך החיתוך, יודבק מראש שכבה דמוית יהלום על מנת להבטיח "בודד" בטוח יותר. במהלך תהליך ה"שחיקה לאחור", הסרט יודבק לחזית הוופל. לעומת זאת, בחיתוך "להב", יש לחבר את הסרט לחלק האחורי של הוופל. במהלך הדבקת השבבים האאוטקטית (הדבקת השבבים, קיבוע השבבים המופרדים על גבי המעגל המודפס או המסגרת הקבועה), הסרט המחובר לחלק האחורי ייפול אוטומטית. בשל החיכוך הגבוה במהלך החיתוך, יש לרסס מים מזוקקים ברציפות מכל הכיוונים. בנוסף, יש לחבר את האימפלר עם חלקיקי יהלום כדי שניתן יהיה לחתוך את הפרוסות בצורה טובה יותר. בשלב זה, החיתוך (עובי הלהב: רוחב החריץ) חייב להיות אחיד ולא יעלה על רוחב חריץ החיתוך.
במשך זמן רב, ניסור היה שיטת החיתוך המסורתית הנפוצה ביותר. היתרון הגדול ביותר שלו הוא שניתן לחתוך מספר רב של פרוסות פרוסה בזמן קצר. עם זאת, אם מהירות הזנת הפרוסה תגדל משמעותית, הסיכוי לקילוף קצה השבבים יגדל. לכן, מספר הסיבובים של האימפלר צריך להיות מבוקר על כ-30,000 פעמים בדקה. ניתן לראות שטכנולוגיית תהליך המוליכים למחצה היא לעתים קרובות סוד שנצבר באיטיות לאורך תקופה ארוכה של צבירה וניסוי וטעייה (בסעיף הבא על קשרים אוטקטיים, נדון בתוכן על חיתוך ו-DAF).

חיתוך לקוביות לפני טחינה (DBG): רצף החיתוך שינה את השיטה

כאשר חיתוך להב מבוצע על פרוסה בקוטר 8 אינץ', אין צורך לדאוג לקילוף או סדקים של קצה השבב. אך ככל שקוטר הפרוסה גדל ל-21 אינץ' והעובי הופך דק ביותר, תופעות של קילוף וסדיקה מתחילות להופיע שוב. על מנת להפחית משמעותית את ההשפעה הפיזית על הפרוסה במהלך תהליך החיתוך, שיטת DBG של "חיתוך לקוביות לפני טחינה" מחליפה את רצף החיתוך המסורתי. בניגוד לשיטת חיתוך ה"להב" המסורתית שחותכת ברציפות, DBG מבצע תחילה חיתוך "להב", ולאחר מכן מדלל בהדרגה את עובי הפרוסה על ידי דילול רציף של הצד האחורי עד לפיצול השבב. ניתן לומר ש-DBG היא גרסה משודרגת של שיטת חיתוך ה"להב" הקודמת. מכיוון שהיא יכולה להפחית את ההשפעה של החיתוך השני, שיטת DBG זכתה לפופולריות מהירה ב"אריזה ברמת פרוסה".

חיתוך בלייזר

תהליך חיתוך בקנה מידה של שבבים ברמת פרוסת ופלים (WLCSP) משתמש בעיקר בחיתוך לייזר. חיתוך בלייזר יכול להפחית תופעות כמו קילוף וסדקים, ובכך להשיג שבבים באיכות טובה יותר, אך כאשר עובי הפרוסה עולה על 100 מיקרון, הפרודוקטיביות תפחת משמעותית. לכן, הוא משמש בעיקר על פרוסות בעובי של פחות מ-100 מיקרון (דק יחסית). חיתוך בלייזר חותך סיליקון על ידי הפעלת לייזר בעל אנרגיה גבוהה על חריץ הכתיבה של הפרוסה. עם זאת, בעת שימוש בשיטת חיתוך לייזר קונבנציונלית (לייזר קונבנציונלי), יש למרוח סרט מגן על פני הפרוסה מראש. מכיוון שחימום או הקרנת פני הפרוסה בלייזר, מגעים פיזיים אלה ייצרו חריצים על פני הפרוסה, ושברי הסיליקון החתוכים גם הם ידבקו לפני השטח. ניתן לראות ששיטת חיתוך הלייזר המסורתית חותכת ישירות את פני הפרוסה, ובמובן זה היא דומה לשיטת חיתוך ה"להב".

חיתוך חמקמק (SD) היא שיטה של ​​חיתוך ראשוני של החלק הפנימי של הוופל באמצעות אנרגיית לייזר, ולאחר מכן הפעלת לחץ חיצוני על הסרט המחובר לגב כדי לשבור אותו, ובכך להפריד את השבב. כאשר מפעילים לחץ על הסרט בגב, הוופל יורם באופן מיידי כלפי מעלה עקב מתיחת הסרט, ובכך יפריד את השבב. היתרונות של SD על פני שיטת חיתוך לייזר מסורתית הם: ראשית, אין שאריות סיליקון; שנית, החריץ (Kerf: רוחב חריץ החריטה) צר, כך שניתן להשיג יותר שבבים. בנוסף, תופעת הקילוף והסדקים תפחת משמעותית באמצעות שיטת SD, שהיא קריטית לאיכות החיתוך הכוללת. לכן, שיטת SD צפויה מאוד להפוך לטכנולוגיה הפופולרית ביותר בעתיד.

חיתוך פלזמה
חיתוך בפלזמה הוא טכנולוגיה שפותחה לאחרונה המשתמשת באיכול פלזמה לחיתוך במהלך תהליך הייצור (Fab). חיתוך בפלזמה משתמש בחומרים חצי-גזיים במקום בנוזלים, כך שההשפעה על הסביבה קטנה יחסית. בנוסף, שיטת חיתוך כל הוופל מאומצת בבת אחת, כך שמהירות ה"חיתוך" מהירה יחסית. עם זאת, שיטת הפלזמה משתמשת בגז תגובה כימית כחומר גלם, ותהליך האיכול מסובך מאוד, ולכן זרימת התהליך שלה מסורבלת יחסית. אך בהשוואה לחיתוך "להב" וחיתוך לייזר, חיתוך בפלזמה אינו גורם נזק לפני השטח של הוופל, ובכך מפחית את שיעור הפגמים ומקבל יותר שבבים.

לאחרונה, מאז שעובי פרוסת הפלדה הצטמצם ל-30 מיקרון, נעשה שימוש רב בנחושת (Cu) או בחומרים בעלי קבוע דיאלקטרי נמוך (Low-k). לכן, על מנת למנוע קוצים (Burr), גם שיטות חיתוך בפלזמה יהיו מועדפות. כמובן, טכנולוגיית חיתוך הפלזמה גם היא מתפתחת כל הזמן. אני מאמין שבעתיד הקרוב, יום אחד לא יהיה צורך ללבוש מסכה מיוחדת בעת איכול, מכיוון שזהו כיוון פיתוח עיקרי של חיתוך בפלזמה.

ככל שעובי הוופלים הצטמצם באופן רציף מ-100 מיקרון ל-50 מיקרון ולאחר מכן ל-30 מיקרון, גם שיטות החיתוך להשגת שבבים עצמאיים השתנו והתפתחו מחיתוך "שבירה" ו"להב" לחיתוך לייזר וחיתוך פלזמה. למרות ששיטות החיתוך המתבגרות יותר ויותר הגדילו את עלות הייצור של תהליך החיתוך עצמו, מצד שני, על ידי הפחתה משמעותית של תופעות לא רצויות כמו קילוף וסדקים המתרחשות לעתים קרובות בחיתוך שבבי מוליכים למחצה והגדלת מספר השבבים המתקבלים ליחידת ופל, עלות הייצור של שבב בודד הראתה מגמת ירידה. כמובן, העלייה במספר השבבים המתקבלים ליחידת שטח של הוופלים קשורה קשר הדוק להפחתת רוחב רחוב החיתוך. באמצעות חיתוך פלזמה ניתן להשיג כמעט 20% יותר שבבים בהשוואה לשימוש בשיטת חיתוך "להב", וזו גם סיבה עיקרית לכך שאנשים בוחרים בחיתוך פלזמה. עם הפיתוח והשינויים של הוופלים, מראה השבבים ושיטות האריזה, צצים גם תהליכי חיתוך שונים כמו טכנולוגיית עיבוד הוופלים ו-DBG.