OpłatekCięcie jest jednym z ważnych ogniw w produkcji półprzewodników mocy. Ten etap ma na celu precyzyjne oddzielenie poszczególnych układów scalonych lub chipów od płytek półprzewodnikowych.
Klucz doopłatekcięcie ma na celu umożliwienie oddzielenia poszczególnych chipów, przy jednoczesnym zapewnieniu ochrony delikatnych struktur i obwodów osadzonych wopłatekNie ulegają uszkodzeniu. Sukces lub porażka procesu cięcia wpływa nie tylko na jakość separacji i wydajność wiórów, ale jest również bezpośrednio związana z wydajnością całego procesu produkcyjnego.
▲Trzy najpopularniejsze rodzaje cięcia płytek | Źródło: KLA CHINA
Obecnie powszechneopłatekProcesy cięcia dzielimy na:
Cięcie ostrzem: niskie koszty, zwykle stosowane do grubszych materiałówopłatki
Cięcie laserowe: wysokie koszty, stosowane zazwyczaj do płytek o grubości powyżej 30 μm
Cięcie plazmowe: wysokie koszty, więcej ograniczeń, stosowane zwykle do płytek o grubości mniejszej niż 30 μm
Cięcie mechaniczne
Cięcie ostrzem to proces cięcia wzdłuż linii rysy za pomocą szybko obracającej się tarczy szlifierskiej (ostrza). Ostrze jest zazwyczaj wykonane z materiału ściernego lub ultracienkiego diamentu, odpowiedniego do cięcia lub rowkowania płytek krzemowych. Jednak, jako mechaniczna metoda cięcia, cięcie ostrzem opiera się na fizycznym usuwaniu materiału, co może łatwo prowadzić do wykruszenia lub pęknięcia krawędzi wióra, co wpływa na jakość produktu i zmniejsza wydajność.
Na jakość produktu końcowego wytwarzanego w procesie cięcia mechanicznego wpływa wiele parametrów, m.in. prędkość cięcia, grubość ostrza, średnica ostrza i prędkość obrotowa ostrza.
Cięcie pełne to najprostsza metoda cięcia ostrzem, która polega na całkowitym przecięciu przedmiotu obrabianego poprzez cięcie nieruchomego materiału (np. taśmy tnącej).
▲ Cięcie ostrzem mechanicznym – pełne cięcie | Sieć źródeł obrazu
Nacinanie na pół to metoda obróbki polegająca na wykonaniu rowka poprzez nacięcie do środka obrabianego przedmiotu. Dzięki ciągłemu wykonywaniu rowka można uzyskać wierzchołki w kształcie grzebienia i igieł.
▲ Cięcie mechaniczne ostrzem – półcięcie | Sieć źródeł obrazu
Cięcie podwójne to metoda obróbki, która wykorzystuje podwójną piłę tnącą z dwoma wrzecionami do wykonywania cięć pełnych lub połówkowych na dwóch liniach produkcyjnych jednocześnie. Piła tnąca ma dwie osie wrzecion. Dzięki temu procesowi można osiągnąć wysoką wydajność.
▲ Cięcie mechaniczne ostrzem – podwójne cięcie | Sieć źródeł obrazu
Cięcie schodkowe wykorzystuje podwójną piłę tnącą z dwoma wrzecionami do wykonywania cięć pełnych i połówkowych w dwóch etapach. Aby uzyskać wysoką jakość obróbki, należy użyć ostrzy zoptymalizowanych pod kątem cięcia warstwy okablowania na powierzchni wafla oraz ostrzy zoptymalizowanych pod kątem pozostałego monokryształu krzemu.
▲ Cięcie mechaniczne ostrzem – cięcie schodkowe | Sieć źródeł obrazu
Cięcie fazowane to metoda obróbki polegająca na użyciu ostrza z krawędzią w kształcie litery V na krawędzi cięcia w połowie, aby przeciąć płytkę w dwóch etapach podczas cięcia stopniowego. Proces fazowania jest wykonywany podczas cięcia. Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie wysokiej wytrzymałości formy i wysokiej jakości obróbki.
▲ Cięcie mechaniczne ostrzem – cięcie skośne | Sieć źródeł obrazu
Cięcie laserowe
Cięcie laserowe to bezkontaktowa technologia cięcia płytek półprzewodnikowych, która wykorzystuje skupioną wiązkę lasera do oddzielania poszczególnych chipów od płytek półprzewodnikowych. Wysokoenergetyczna wiązka laserowa jest skupiana na powierzchni płytki i odparowuje lub usuwa materiał wzdłuż ustalonej linii cięcia poprzez ablację lub rozkład termiczny.
▲ Schemat cięcia laserowego | Źródło obrazu: KLA CHINA
Do obecnie powszechnie stosowanych laserów należą lasery ultrafioletowe, lasery podczerwone i lasery femtosekundowe. Spośród nich lasery ultrafioletowe są często wykorzystywane do precyzyjnej ablacji na zimno ze względu na wysoką energię fotonów i niezwykle małą strefę wpływu ciepła, co skutecznie zmniejsza ryzyko uszkodzenia termicznego płytki i otaczających ją chipów. Lasery podczerwone lepiej nadają się do grubszych płytek, ponieważ mogą głęboko penetrować materiał. Lasery femtosekundowe zapewniają wysoką precyzję i wydajność usuwania materiału przy niemal pomijalnym transferze ciepła za pomocą ultrakrótkich impulsów światła.
Cięcie laserowe ma znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnym cięciem ostrzowym. Po pierwsze, jako proces bezkontaktowy, cięcie laserowe nie wymaga wywierania fizycznego nacisku na wafel, co zmniejsza problemy z fragmentacją i pękaniem, typowe dla cięcia mechanicznego. Ta cecha sprawia, że cięcie laserowe jest szczególnie odpowiednie do obróbki delikatnych lub ultracienkich wafli, zwłaszcza tych o złożonej strukturze lub drobnych detalach.
▲ Schemat cięcia laserowego | Sieć źródeł obrazu
Ponadto wysoka precyzja i dokładność cięcia laserowego pozwala na skupienie wiązki laserowej do niezwykle małej plamki, obsługę złożonych wzorów cięcia oraz uzyskanie minimalnego odstępu między chipami. Ta cecha jest szczególnie ważna w przypadku zaawansowanych układów półprzewodnikowych o malejących rozmiarach.
Cięcie laserowe ma jednak również pewne ograniczenia. W porównaniu z cięciem ostrzowym jest wolniejsze i droższe, zwłaszcza w produkcji na dużą skalę. Ponadto, wybór odpowiedniego typu lasera i optymalizacja parametrów w celu zapewnienia efektywnego usuwania materiału i minimalnej strefy wpływu ciepła może być trudna w przypadku niektórych materiałów i grubości.
Cięcie ablacyjne laserowe
Podczas cięcia ablacyjnego laserem wiązka lasera jest precyzyjnie skupiana na określonym miejscu na powierzchni płytki, a energia lasera jest kierowana zgodnie z ustalonym schematem cięcia, stopniowo przecinając płytkę aż do jej dna. W zależności od wymagań cięcia, operację tę wykonuje się za pomocą lasera impulsowego lub lasera o fali ciągłej. Aby zapobiec uszkodzeniu płytki spowodowanemu nadmiernym, lokalnym nagrzewaniem lasera, stosuje się wodę chłodzącą, która schładza płytkę i chroni ją przed uszkodzeniami termicznymi. Jednocześnie woda chłodząca może również skutecznie usuwać cząstki powstające podczas cięcia, zapobiegać zanieczyszczeniom i zapewniać wysoką jakość cięcia.
Niewidoczne cięcie laserowe
Laser można również skupić, aby przenieść ciepło do głównej części wafla, co jest metodą zwaną „niewidzialnym cięciem laserowym”. W tej metodzie ciepło lasera tworzy szczeliny w liniach cięcia. Te osłabione obszary uzyskują następnie podobny efekt penetracji, pękając podczas rozciągania wafla.
▲Główny proces niewidocznego cięcia laserowego
Proces cięcia niewidzialnego to proces laserowej absorpcji wewnętrznej, a nie ablacji laserowej, w której wiązka laserowa jest absorbowana na powierzchni. W przypadku cięcia niewidzialnego, energia wiązki laserowej o długości fali jest półprzezroczysta dla materiału podłoża płytki. Proces składa się z dwóch głównych etapów: jeden to proces laserowy, a drugi to proces separacji mechanicznej.
▲Promień lasera tworzy perforację pod powierzchnią płytki, a przednia i tylna strona nie są naruszone | Sieć źródeł obrazu
W pierwszym kroku, gdy wiązka laserowa skanuje płytkę, skupia się ona na określonym punkcie wewnątrz płytki, tworząc w niej punkt pęknięcia. Energia wiązki powoduje powstanie serii pęknięć wewnątrz płytki, które jeszcze nie rozprzestrzeniły się na całą jej grubość, aż do górnej i dolnej powierzchni.
▲Porównanie płytek krzemowych o grubości 100 μm ciętych metodą ostrza i niewidoczną metodą cięcia laserowego | Sieć źródeł obrazu
W drugim etapie taśma chipowa na spodzie wafla jest fizycznie rozprężana, co powoduje naprężenia rozciągające w pęknięciach wewnątrz wafla, które powstają w procesie laserowym w pierwszym etapie. Naprężenia te powodują, że pęknięcia rozciągają się pionowo do górnej i dolnej powierzchni wafla, a następnie dzielą wafel na chipy wzdłuż tych punktów cięcia. W przypadku cięcia niewidocznego, zazwyczaj stosuje się cięcie pół- lub pół-od spodu, aby ułatwić rozdzielenie wafli na chipy lub chipy.
Główne zalety niewidocznego cięcia laserowego w porównaniu z ablacją laserową:
• Nie jest wymagany żaden płyn chłodzący
• Brak generowanych zanieczyszczeń
• Brak stref narażonych na działanie ciepła, które mogłyby uszkodzić wrażliwe obwody
Cięcie plazmowe
Cięcie plazmowe (znane również jako trawienie plazmowe lub trawienie na sucho) to zaawansowana technologia cięcia płytek półprzewodnikowych, która wykorzystuje reaktywne trawienie jonowe (RIE) lub głębokie reaktywne trawienie jonowe (DRIE) do oddzielania poszczególnych chipów od płytek półprzewodnikowych. Technologia ta polega na chemicznym usuwaniu materiału wzdłuż ustalonych linii cięcia za pomocą plazmy.
Podczas procesu cięcia plazmowego, wafel półprzewodnikowy umieszczany jest w komorze próżniowej, do której wprowadzana jest kontrolowana mieszanina gazów reaktywnych, a następnie przykładane jest pole elektryczne w celu wytworzenia plazmy o wysokim stężeniu reaktywnych jonów i rodników. Te reaktywne związki chemiczne oddziałują z materiałem wafla i selektywnie usuwają go wzdłuż linii cięcia poprzez połączenie reakcji chemicznej i rozpylania fizycznego.
Główną zaletą cięcia plazmowego jest redukcja naprężeń mechanicznych wafla i układu scalonego oraz ograniczenie potencjalnych uszkodzeń spowodowanych kontaktem fizycznym. Proces ten jest jednak bardziej złożony i czasochłonny niż inne metody, zwłaszcza w przypadku grubszych wafli lub materiałów o wysokiej odporności na trawienie, dlatego jego zastosowanie w produkcji masowej jest ograniczone.
▲Sieć źródeł obrazu
W produkcji półprzewodników metodę cięcia płytek należy dobrać na podstawie wielu czynników, m.in. właściwości materiału płytki, rozmiaru i geometrii układu scalonego, wymaganej precyzji i dokładności oraz ogólnych kosztów produkcji i jej wydajności.
Czas publikacji: 20.09.2024