Opłatekcięcie jest jednym z ważnych ogniw w produkcji półprzewodników mocy. Ten etap ma na celu dokładne oddzielenie poszczególnych układów scalonych lub chipów od płytek półprzewodnikowych.
Klucz doopłatekcięcie ma na celu umożliwienie rozdzielenia poszczególnych chipów, zapewniając jednocześnie ochronę delikatnych struktur i obwodów osadzonych wopłateknie są uszkodzone. Sukces lub porażka procesu cięcia nie tylko wpływa na jakość separacji i wydajność wiórów, ale jest również bezpośrednio związana z wydajnością całego procesu produkcyjnego.
▲Trzy popularne rodzaje cięcia wafli | Źródło: KLA CHINA
Obecnie powszechneopłatekProcesy cięcia dzielimy na:
Cięcie ostrzem: niskie koszty, zwykle stosowane do grubszych materiałówopłatki
Cięcie laserowe: wysokie koszty, stosowane zwykle w przypadku płytek o grubości powyżej 30μm
Cięcie plazmowe: wysokie koszty, więcej ograniczeń, stosowane zwykle do płytek o grubości mniejszej niż 30μm
Cięcie mechaniczne
Cięcie ostrzem to proces cięcia wzdłuż linii rysy przez szybko obracający się dysk szlifierski (ostrze). Ostrze jest zazwyczaj wykonane z materiału ściernego lub ultracienkiego diamentu, odpowiedniego do krojenia lub rowkowania płytek krzemowych. Jednak jako mechaniczna metoda cięcia, cięcie ostrzem polega na fizycznym usuwaniu materiału, co może łatwo prowadzić do odpryskiwania lub pękania krawędzi wióra, wpływając tym samym na jakość produktu i zmniejszając 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 jest najprostszą metodą cięcia ostrzem, która polega na całkowitym przecięciu przedmiotu obrabianego poprzez cięcie nieruchomego materiału (np. taśmy tnącej).
▲ Cięcie ostrzem mechanicznym – pełne cięcie | Sieć źródeł obrazu
Half cut to metoda obróbki, która wytwarza rowek poprzez cięcie do środka przedmiotu obrabianego. Poprzez ciągłe wykonywanie procesu rowkowania można wytwarzać punkty w kształcie grzebienia i igły.
▲ Cięcie mechaniczne ostrzem - półcięcie | Sieć źródeł obrazu
Podwójne cięcie to metoda przetwarzania, która wykorzystuje podwójną piłę tnącą z dwoma wrzecionami do wykonywania pełnych lub połowicznych cięć na dwóch liniach produkcyjnych w tym samym czasie. Podwójna piła tnąca ma dwie osie wrzecion. Dzięki temu procesowi można osiągnąć wysoką wydajność.
▲ Cięcie ostrzem mechanicznym – podwójne cięcie | Sieć źródeł obrazu
Cięcie stopniowe wykorzystuje podwójną piłę tnącą z dwoma wrzecionami do wykonywania pełnych i półcięć w dwóch etapach. Użyj ostrzy zoptymalizowanych do cięcia warstwy okablowania na powierzchni wafla i ostrzy zoptymalizowanych do pozostałego monokryształu krzemu, aby uzyskać wysokiej jakości obróbkę.
▲ Cięcie mechaniczne ostrzem – cięcie stopniowe | Sieć źródeł obrazu
Cięcie fazowane to metoda obróbki, która wykorzystuje ostrze z krawędzią w kształcie litery V na krawędzi cięcia w połowie, aby przeciąć wafel w dwóch etapach podczas procesu cięcia stopniowego. Proces fazowania jest wykonywany podczas procesu cięcia. Dlatego można osiągnąć wysoką wytrzymałość formy i wysoką jakość obróbki.
▲ Cięcie mechaniczne ostrzem – cięcie skośne | Sieć źródeł obrazu
Cięcie laserowe
Cięcie laserowe to bezkontaktowa technologia cięcia płytek, która wykorzystuje skupioną wiązkę lasera do oddzielania poszczególnych chipów od płytek półprzewodnikowych. Wysokoenergetyczna wiązka lasera jest skupiona na powierzchni płytki i odparowuje lub usuwa materiał wzdłuż ustalonej linii cięcia poprzez procesy ablacji lub rozkładu termicznego.
▲ Schemat cięcia laserowego | Źródło obrazu: KLA CHINA
Obecnie szeroko stosowane typy laserów obejmują lasery ultrafioletowe, lasery podczerwone i lasery femtosekundowe. Spośród nich lasery ultrafioletowe są często używane do precyzyjnej ablacji na zimno ze względu na ich wysoką energię fotonów, a strefa wpływu ciepła jest niezwykle mała, co może skutecznie zmniejszyć ryzyko uszkodzenia termicznego wafla i otaczających go chipów. Lasery podczerwone są lepiej przystosowane do grubszych wafli, ponieważ mogą głęboko penetrować materiał. Lasery femtosekundowe osiągają wysoką precyzję i wydajne usuwanie materiału przy prawie pomijalnym transferze ciepła za pomocą ultrakrótkich impulsów światła.
Cięcie laserowe ma znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnym cięciem ostrza. Po pierwsze, jako proces bezkontaktowy, cięcie laserowe nie wymaga fizycznego nacisku na wafel, co zmniejsza problemy z fragmentacją i pękaniem, powszechne w cięciu mechanicznym. Ta cecha sprawia, że cięcie laserowe jest szczególnie odpowiednie do obróbki kruchych lub ultracienkich wafli, zwłaszcza tych o złożonych strukturach lub drobnych cechach.
▲ Schemat cięcia laserowego | Sieć źródeł obrazu
Ponadto wysoka precyzja i dokładność cięcia laserowego umożliwia skupienie wiązki laserowej na niezwykle małym rozmiarze plamki, obsługę złożonych wzorów cięcia i osiągnięcie separacji minimalnego odstępu między chipami. Ta cecha jest szczególnie ważna w przypadku zaawansowanych urządzeń półprzewodnikowych o kurczących się rozmiarach.
Jednak cięcie laserowe ma również pewne ograniczenia. W porównaniu z cięciem ostrza jest wolniejsze i droższe, zwłaszcza w produkcji na dużą skalę. Ponadto wybór odpowiedniego typu lasera i optymalizacja parametrów w celu zapewnienia wydajnego usuwania materiału i minimalnej strefy wpływu ciepła może być trudna w przypadku niektórych materiałów i grubości.
Cięcie ablacji laserowej
Podczas cięcia ablacji laserowej wiązka lasera jest precyzyjnie skupiona na określonym miejscu na powierzchni wafla, a energia lasera jest kierowana zgodnie z ustalonym wzorem cięcia, stopniowo przecinając wafel do dołu. W zależności od wymagań cięcia, operacja ta jest wykonywana przy użyciu lasera impulsowego lub lasera z falą ciągłą. Aby zapobiec uszkodzeniu wafla z powodu nadmiernego lokalnego nagrzewania lasera, do chłodzenia i ochrony wafla przed uszkodzeniem termicznym stosuje się wodę chłodzącą. Jednocześnie woda chłodząca może również skutecznie usuwać cząstki generowane podczas procesu cięcia, zapobiegać zanieczyszczeniom i zapewniać jakość cięcia.
Cięcie laserowe niewidoczne
Laser można również skupić, aby przenieść ciepło do głównego korpusu wafla, metodą zwaną „niewidzialnym cięciem laserowym”. W przypadku tej metody ciepło z lasera tworzy przerwy w liniach cięcia. Te osłabione obszary uzyskują podobny efekt penetracji, pękając, gdy wafel jest rozciągany.
▲Główny proces niewidocznego cięcia laserowego
Proces niewidzialnego cięcia jest procesem laserowej absorpcji wewnętrznej, a nie ablacji laserowej, w której laser jest absorbowany na powierzchni. W przypadku niewidzialnego cięcia używana jest energia wiązki laserowej o długości fali, która jest półprzezroczysta dla materiału podłoża wafla. Proces jest podzielony na dwa główne etapy, jeden to proces oparty na laserze, 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 lasera skanuje płytkę, skupia się ona na określonym punkcie wewnątrz płytki, tworząc punkt pęknięcia wewnątrz. Energia wiązki powoduje powstanie serii pęknięć wewnątrz, które jeszcze nie rozprzestrzeniły się przez całą grubość płytki 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 kroku taśma chipowa na spodzie wafla jest fizycznie rozszerzana, co powoduje naprężenia rozciągające w pęknięciach wewnątrz wafla, które są indukowane w procesie laserowym w pierwszym kroku. To naprężenie powoduje, że pęknięcia rozciągają się pionowo do górnej i dolnej powierzchni wafla, a następnie dzielą wafel na chipy wzdłuż tych punktów cięcia. W niewidocznym cięciu, półcięcie lub półcięcie od spodu jest zwykle stosowane w celu ułatwienia rozdzielenia wafli na chipy lub chipy.
Główne zalety niewidocznego cięcia laserowego w porównaniu z ablacją laserową:
• Nie jest wymagany żaden płyn chłodzący
• Nie powstają żadne śmieci
• 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, która wykorzystuje reaktywne trawienie jonowe (RIE) lub głębokie reaktywne trawienie jonowe (DRIE) do oddzielania poszczególnych chipów od płytek półprzewodnikowych. Technologia ta umożliwia cięcie poprzez chemiczne usuwanie materiału wzdłuż ustalonych linii cięcia za pomocą plazmy.
Podczas procesu cięcia plazmowego wafel półprzewodnikowy umieszczany jest w komorze próżniowej, do komory wprowadzana jest kontrolowana mieszanina gazów reaktywnych, a pole elektryczne jest stosowane w celu wytworzenia plazmy zawierającej wysokie stężenie reaktywnych jonów i rodników. Te reaktywne gatunki oddziałują z materiałem wafla i selektywnie usuwają materiał wafla wzdłuż linii rysy poprzez połączenie reakcji chemicznej i fizycznego rozpylania.
Główną zaletą cięcia plazmowego jest to, że zmniejsza ono naprężenia mechaniczne wafla i chipa oraz zmniejsza potencjalne uszkodzenia spowodowane kontaktem fizycznym. Jednak proces ten jest bardziej złożony i czasochłonny niż inne metody, zwłaszcza w przypadku grubszych wafli lub materiałów o wysokiej odporności na trawienie, więc jego zastosowanie w produkcji masowej jest ograniczone.
▲Sieć źródeł obrazu
Przy produkcji półprzewodników wybór metody cięcia płytek musi zostać dokonany na podstawie wielu czynników, w tym właściwości materiału płytki, rozmiaru i geometrii układu scalonego, wymaganej precyzji i dokładności oraz ogólnych kosztów produkcji i jej wydajności.
Czas publikacji: 20-09-2024