A waferPara se tornar um chip semicondutor de verdade, um chip precisa passar por três transformações: primeiro, o lingote em formato de bloco é cortado em wafers; no segundo processo, os transistores são gravados na face do wafer através do processo anterior; finalmente, é realizada a embalagem, ou seja, através do processo de corte, os transistores são encapsulados.wafertorna-se um chip semicondutor completo. Pode-se observar que o processo de encapsulamento pertence ao processo de back-end. Nesse processo, o wafer é cortado em vários chips individuais hexaédricos. Esse processo de obtenção de chips independentes é chamado de "singulação", e o processo de corte do wafer em cuboides independentes é chamado de "corte de wafer (ou serragem)". Recentemente, com o aprimoramento da integração de semicondutores, a espessura dewaferstornou-se cada vez mais fina, o que, naturalmente, traz muitas dificuldades ao processo de "singulação".
A evolução do corte de wafers
Os processos de front-end e back-end evoluíram por meio da interação de diversas maneiras: a evolução dos processos de back-end pode determinar a estrutura e a posição dos pequenos chips hexaédricos separados do chip no substrato.wafer, bem como a estrutura e a posição dos pads (caminhos de conexão elétrica) no wafer; pelo contrário, a evolução dos processos front-end alterou o processo e o método dewaferO processo de fabricação envolve o afinamento da parte traseira e o corte em matrizes. Portanto, a aparência cada vez mais sofisticada da embalagem terá um grande impacto no processo de fabricação. Além disso, o número, o procedimento e o tipo de corte também mudarão de acordo com a mudança na aparência da embalagem.
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Nos primórdios, "quebrar" aplicando força externa era o único método de corte que permitia dividir o alimento em cubos.waferem matrizes hexaédricas. No entanto, esse método apresenta a desvantagem de lascar ou rachar a borda do cavaco pequeno. Além disso, como as rebarbas na superfície do metal não são completamente removidas, a superfície de corte também fica muito áspera.
Para resolver esse problema, surgiu o método de corte “Scribing”, ou seja, antes de “quebrar”, a superfície dowaferé cortado até cerca de metade da profundidade. "Criscar", como o nome sugere, refere-se ao uso de um impulsor para serrar (cortar pela metade) a parte frontal do wafer antecipadamente. No início, a maioria dos wafers com menos de 6 polegadas usava esse método de corte, que consistia primeiro em "fatiar" entre os chips e depois "quebrá-los".
Corte com lâmina ou serragem com lâmina
O método de corte por "riscar" evoluiu gradualmente para o método de corte por "corte com lâmina" (ou serragem), que consiste em cortar com uma lâmina duas ou três vezes seguidas. O método de corte com lâmina compensa o desprendimento de pequenas lascas durante a quebra após o "riscar" e protege essas lascas durante o processo de "corte simples". O corte com lâmina difere do corte por "corte em cubos" anterior, pois, após um corte com lâmina, não há quebra, mas sim um novo corte com a lâmina. Portanto, também é chamado de método de "corte em etapas".
Para proteger o wafer de danos externos durante o processo de corte, uma película protetora é aplicada previamente para garantir um corte mais seguro. Durante o processo de retificação traseira, a película é aplicada na parte frontal do wafer. Já no corte com lâmina, a película deve ser aplicada na parte traseira. Durante a colagem eutética dos chips (fixação dos chips separados na placa de circuito impresso ou na estrutura de fixação), a película aplicada na parte traseira se desprende automaticamente. Devido ao alto atrito durante o corte, água deionizada deve ser pulverizada continuamente em todas as direções. Além disso, o impulsor deve ser equipado com partículas de diamante para facilitar o corte das fatias. Nesse processo, o corte (espessura da lâmina: largura do sulco) deve ser uniforme e não deve exceder a largura do sulco de corte.
Por muito tempo, o corte com serra foi o método de corte tradicional mais utilizado. Sua maior vantagem é a capacidade de cortar um grande número de wafers em um curto período de tempo. No entanto, se a velocidade de alimentação da lâmina for muito aumentada, a possibilidade de desprendimento das bordas dos chiplets também aumenta. Portanto, o número de rotações do impulsor deve ser controlado em cerca de 30.000 vezes por minuto. Percebe-se, portanto, que a tecnologia de processamento de semicondutores é, muitas vezes, um segredo acumulado lentamente ao longo de um longo período de prática e tentativa e erro (na próxima seção sobre ligação eutética, discutiremos o conteúdo sobre corte e DAF).
Corte em cubos antes da moagem (DBG): a sequência de corte alterou o método.
Quando o corte por lâmina é realizado em um wafer de 8 polegadas de diâmetro, não há necessidade de se preocupar com o descascamento ou rachaduras nas bordas dos chiplets. Mas, à medida que o diâmetro do wafer aumenta para 21 polegadas e a espessura se torna extremamente fina, os fenômenos de descascamento e rachaduras começam a aparecer novamente. Para reduzir significativamente o impacto físico no wafer durante o processo de corte, o método DBG de "corte antes da retificação" substitui a sequência de corte tradicional. Ao contrário do método de corte por lâmina tradicional, que corta continuamente, o DBG primeiro realiza um corte por lâmina e, em seguida, reduz gradualmente a espessura do wafer, afinando continuamente a parte traseira até que o chip seja dividido. Pode-se dizer que o DBG é uma versão aprimorada do método de corte por lâmina anterior. Como ele pode reduzir o impacto do segundo corte, o método DBG tem se popularizado rapidamente na "embalagem em nível de wafer".
Corte a laser
O processo de encapsulamento em escala de chip em nível de wafer (WLCSP) utiliza principalmente o corte a laser. O corte a laser pode reduzir fenômenos como descascamento e rachaduras, resultando em chips de melhor qualidade. No entanto, quando a espessura do wafer é superior a 100 μm, a produtividade é significativamente reduzida. Portanto, é mais utilizado em wafers com espessura inferior a 100 μm (relativamente finos). O corte a laser corta o silício aplicando um laser de alta energia em um sulco no wafer. Entretanto, ao utilizar o método de corte a laser convencional, é necessário aplicar previamente uma película protetora na superfície do wafer. Isso ocorre porque o aquecimento ou irradiação da superfície do wafer com o laser cria sulcos na superfície, e os fragmentos de silício cortados aderem a eles. Assim, o método de corte a laser tradicional também corta diretamente a superfície do wafer, sendo, nesse aspecto, semelhante ao método de corte com lâmina.
O Stealth Dicing (SD) é um método que consiste em cortar o interior do wafer com energia laser e, em seguida, aplicar pressão externa na fita adesiva fixada na parte traseira para rompê-la e, assim, separar o chip. Quando a pressão é aplicada na fita adesiva, o wafer é instantaneamente elevado devido ao estiramento da fita, separando o chip. As vantagens do SD em relação ao método tradicional de corte a laser são: primeiro, não há geração de resíduos de silício; segundo, a largura do corte (kerf: a largura do sulco de corte) é menor, permitindo a obtenção de mais chips. Além disso, o método SD reduz significativamente o descascamento e a quebra do chip, o que é crucial para a qualidade geral do corte. Portanto, o método SD tem grande potencial para se tornar a tecnologia mais popular no futuro.
Corte a plasma
O corte a plasma é uma tecnologia desenvolvida recentemente que utiliza a gravação a plasma para realizar cortes durante o processo de fabricação (Fab). O corte a plasma utiliza materiais semi-gasosos em vez de líquidos, portanto, o impacto ambiental é relativamente pequeno. Além disso, o método de corte de toda a pastilha de uma só vez resulta em uma velocidade de corte relativamente alta. No entanto, o método a plasma utiliza gases de reação química como matéria-prima, e o processo de gravação é bastante complexo, tornando seu fluxo de processo relativamente trabalhoso. Mas, em comparação com o corte por lâmina e o corte a laser, o corte a plasma não causa danos à superfície da pastilha, reduzindo assim a taxa de defeitos e permitindo a obtenção de mais chips.
Recentemente, com a redução da espessura do wafer para 30 μm e o uso crescente de cobre (Cu) ou materiais de baixa constante dielétrica (Low-k), os métodos de corte a plasma passaram a ser cada vez mais utilizados para evitar rebarbas. A tecnologia de corte a plasma está em constante desenvolvimento e acredito que, em breve, não será mais necessário o uso de máscaras especiais durante a gravação, uma das principais tendências de avanço dessa tecnologia.
Com a redução contínua da espessura dos wafers de 100 μm para 50 μm e, posteriormente, para 30 μm, os métodos de corte para obtenção de chips individuais também evoluíram, passando do corte por quebra e corte com lâmina para o corte a laser e o corte a plasma. Embora os métodos de corte cada vez mais consolidados tenham aumentado o custo de produção do próprio processo de corte, por outro lado, ao reduzir significativamente os fenômenos indesejáveis, como descascamento e rachaduras, que frequentemente ocorrem no corte de chips semicondutores, e ao aumentar o número de chips obtidos por unidade de wafer, o custo de produção de um único chip apresentou uma tendência de queda. Naturalmente, o aumento no número de chips obtidos por unidade de área do wafer está intimamente relacionado à redução da largura da área de corte. Utilizando o corte a plasma, é possível obter quase 20% mais chips em comparação com o método de corte com lâmina, o que também é um dos principais motivos para a escolha do corte a plasma. Com o desenvolvimento e as mudanças nos wafers, na aparência dos chips e nos métodos de encapsulamento, diversos processos de corte, como a tecnologia de processamento de wafers e o DBG (Digital Board Gate), também estão surgindo.
Data da publicação: 10 de outubro de 2024