GofretKesme işlemi, güç yarı iletken üretiminde önemli aşamalardan biridir. Bu adım, entegre devreleri veya çipleri yarı iletken levhalardan hassas bir şekilde ayırmak için tasarlanmıştır.
anahtarıgofretKesme işleminin amacı, hassas yapıları ve devreleri koruyarak tek tek yongaları ayırabilmektir.gofretHasar görmezler. Kesme işleminin başarısı veya başarısızlığı sadece talaşın ayrılma kalitesini ve verimini etklemekle kalmaz, aynı zamanda tüm üretim sürecinin verimliliğiyle de doğrudan ilişkilidir.
▲Üç yaygın wafer kesme yöntemi | Kaynak: KLA CHINA
Şu anda yaygın olangofretKesme işlemleri şu şekilde sınıflandırılır:
Bıçakla kesme: düşük maliyetli, genellikle daha kalın malzemeler için kullanılır.gofretler
Lazer kesim: yüksek maliyetli, genellikle 30 μm'den daha kalın levhalar için kullanılır.
Plazma kesim: yüksek maliyet, daha fazla kısıtlama, genellikle 30 μm'den daha ince levhalar için kullanılır.
Mekanik bıçak kesimi
Bıçakla kesme, yüksek hızda dönen bir taşlama diski (bıçak) ile çizgi boyunca kesme işlemidir. Bıçak genellikle aşındırıcı veya ultra ince elmas malzemeden yapılır ve silikon levhalar üzerinde dilimleme veya oluk açma için uygundur. Bununla birlikte, mekanik bir kesme yöntemi olarak bıçakla kesme, fiziksel malzeme kaldırmaya dayanır; bu da talaş kenarında kolayca kırılmaya veya çatlamaya yol açabilir, böylece ürün kalitesini etkileyebilir ve verimi düşürebilir.
Mekanik testereyle kesme işlemiyle elde edilen nihai ürünün kalitesi, kesme hızı, bıçak kalınlığı, bıçak çapı ve bıçak dönüş hızı gibi birçok parametreden etkilenir.
Tam kesim, iş parçasını sabit bir malzemeye (örneğin dilimleme bandına) kadar keserek tamamen kesen en temel bıçakla kesme yöntemidir.
▲ Mekanik bıçakla tam kesim | Görüntü kaynağı ağı
Yarım kesim, iş parçasının ortasına kadar kesilerek oluk oluşturulan bir işleme yöntemidir. Oluk açma işleminin sürekli olarak tekrarlanmasıyla tarak ve iğne şeklinde uçlar üretilebilir.
▲ Mekanik bıçakla kesme - yarım kesim | Görüntü kaynağı ağı
Çift kesim, iki iş mili bulunan çift dilimleme testeresi kullanarak iki üretim hattında aynı anda tam veya yarım kesimler yapmayı sağlayan bir işleme yöntemidir. Çift dilimleme testeresinin iki iş mili ekseni vardır. Bu işlem sayesinde yüksek verimlilik elde edilebilir.
▲ Mekanik bıçakla kesme - çift kesim | Görüntü kaynağı ağı
Kademeli kesim, iki milli çift dilimleme testeresi kullanarak iki aşamada tam ve yarım kesimler gerçekleştirir. Yüksek kaliteli işleme elde etmek için, gofretin yüzeyindeki kablolama katmanını kesmek için optimize edilmiş bıçaklar ve kalan silikon tek kristalini kesmek için optimize edilmiş bıçaklar kullanın.
▲ Mekanik bıçakla kesme – kademeli kesme | Görüntü kaynağı ağı
Eğimli kesim, kademeli kesim işlemi sırasında yarı kesilmiş kenarda V şeklinde bir kenara sahip bir bıçak kullanarak gofretin iki aşamada kesilmesini sağlayan bir işleme yöntemidir. Kesim işlemi sırasında pah kırma işlemi gerçekleştirilir. Bu nedenle, yüksek kalıp mukavemeti ve yüksek kaliteli işleme elde edilebilir.
▲ Mekanik bıçakla kesme – pahlı kesim | Görüntü kaynağı ağı
Lazer kesim
Lazer kesim, yarı iletken levhalardan tek tek yongaları ayırmak için odaklanmış bir lazer ışını kullanan temassız bir levha kesme teknolojisidir. Yüksek enerjili lazer ışını levhanın yüzeyine odaklanır ve ablasyon veya termal bozunma süreçleri yoluyla önceden belirlenmiş kesim çizgisi boyunca malzemeyi buharlaştırır veya uzaklaştırır.
▲ Lazer kesim şeması | Görsel kaynağı: KLA CHINA
Günümüzde yaygın olarak kullanılan lazer türleri arasında ultraviyole lazerler, kızılötesi lazerler ve femtosaniye lazerler bulunmaktadır. Bunlar arasında ultraviyole lazerler, yüksek foton enerjileri ve ısıdan etkilenen bölgenin son derece küçük olması nedeniyle hassas soğuk ablasyon için sıklıkla kullanılır; bu da yonga levhasına ve çevresindeki çiplere termal hasar riskini etkili bir şekilde azaltabilir. Kızılötesi lazerler, malzemenin derinliklerine nüfuz edebildikleri için daha kalın yonga levhaları için daha uygundur. Femtosaniye lazerler, ultra kısa ışık darbeleriyle neredeyse ihmal edilebilir ısı transferiyle yüksek hassasiyetli ve verimli malzeme kaldırma sağlar.
Lazer kesim, geleneksel bıçakla kesime göre önemli avantajlara sahiptir. İlk olarak, temassız bir işlem olan lazer kesim, yonga levhasına fiziksel basınç uygulamayı gerektirmez; bu da mekanik kesimde yaygın olan parçalanma ve çatlama sorunlarını azaltır. Bu özellik, lazer kesimi özellikle kırılgan veya ultra ince yonga levhalarının, özellikle karmaşık yapılara veya ince özelliklere sahip olanların işlenmesi için uygun hale getirir.
▲ Lazer kesim diyagramı | Görüntü kaynağı ağı
Ek olarak, lazer kesimin yüksek hassasiyeti ve doğruluğu, lazer ışınını son derece küçük bir nokta boyutuna odaklamayı, karmaşık kesim desenlerini desteklemeyi ve çipler arasındaki minimum boşluğu elde etmeyi mümkün kılar. Bu özellik, özellikle boyutları küçülen gelişmiş yarı iletken cihazlar için önemlidir.
Ancak lazer kesimin de bazı sınırlamaları vardır. Bıçakla kesime kıyasla, özellikle büyük ölçekli üretimde daha yavaş ve daha pahalıdır. Ayrıca, verimli malzeme kaldırma ve minimum ısıdan etkilenen bölge sağlamak için doğru lazer tipini seçmek ve parametreleri optimize etmek, belirli malzemeler ve kalınlıklar için zorlayıcı olabilir.
Lazer aşındırma kesimi
Lazer ablasyon kesimi sırasında, lazer ışını, yonga yüzeyindeki belirli bir noktaya hassas bir şekilde odaklanır ve lazer enerjisi, önceden belirlenmiş bir kesim desenine göre yönlendirilerek, yonganın dibine doğru kademeli olarak kesilir. Kesim gereksinimlerine bağlı olarak, bu işlem darbeli lazer veya sürekli dalga lazer kullanılarak gerçekleştirilir. Lazerin aşırı yerel ısınmasından kaynaklanan yonga hasarının önlenmesi için, yongayı soğutmak ve termal hasardan korumak amacıyla soğutma suyu kullanılır. Aynı zamanda, soğutma suyu kesim işlemi sırasında oluşan parçacıkları etkili bir şekilde uzaklaştırarak kirlenmeyi önler ve kesim kalitesini sağlar.
Lazer görünmez kesim
Lazer, ısıyı yonga levhasının ana gövdesine aktarmak için de odaklanabilir; bu yönteme "görünmez lazer kesimi" denir. Bu yöntemde, lazerden gelen ısı, çizgi hatlarında boşluklar oluşturur. Zayıflamış bu alanlar, yonga levhası gerildiğinde kırılarak benzer bir penetrasyon etkisi yaratır.
▲Lazerle görünmez kesimin ana süreci
Görünmez kesim işlemi, lazerin yüzeyde emildiği lazer ablasyonu yerine, içten emilimli bir lazer işlemidir. Görünmez kesimde, gofret alt tabaka malzemesine yarı saydam bir dalga boyuna sahip lazer ışını enerjisi kullanılır. İşlem iki ana adıma ayrılır: biri lazer tabanlı işlem, diğeri ise mekanik ayırma işlemidir.
▲Lazer ışını, yonga levhasının yüzeyinin altında bir delik oluşturur ve ön ve arka yüzeyler etkilenmez | Görüntü kaynağı: internet
İlk adımda, lazer ışını yonga levhasını tararken, yonga levhasının içindeki belirli bir noktaya odaklanarak içeride bir çatlama noktası oluşturur. Işın enerjisi, henüz yonga levhasının tüm kalınlığı boyunca üst ve alt yüzeylere kadar uzanmamış bir dizi çatlağın oluşmasına neden olur.
▲Bıçak yöntemi ve lazer görünmez kesim yöntemiyle kesilen 100 μm kalınlığındaki silikon levhaların karşılaştırması | Görüntü kaynağı: internet
İkinci adımda, yonga levhasının altındaki yonga bandı fiziksel olarak genişletilir; bu da birinci adımda lazer işlemiyle oluşan yonga levhasının içindeki çatlaklarda gerilme stresine neden olur. Bu stres, çatlakların dikey olarak yonga levhasının üst ve alt yüzeylerine doğru uzanmasına ve ardından yonga levhasının bu kesme noktaları boyunca yongalara ayrılmasına yol açar. Görünmez kesimde, yonga levhalarının yongalara veya yonga parçalarına ayrılmasını kolaylaştırmak için genellikle yarım kesim veya alt taraftan yarım kesim kullanılır.
Görünmez lazer kesimin lazer ablasyonuna göre başlıca avantajları:
• Soğutucu sıvıya gerek yok
• Herhangi bir enkaz oluşmadı
• Hassas devreleri hasar verebilecek ısıdan etkilenen bölgeler bulunmamaktadır.
Plazma kesim
Plazma kesme (plazma aşındırma veya kuru aşındırma olarak da bilinir), yarı iletken levhalardan tek tek yongaları ayırmak için reaktif iyon aşındırma (RIE) veya derin reaktif iyon aşındırma (DRIE) kullanan gelişmiş bir levha kesme teknolojisidir. Bu teknoloji, plazma kullanarak önceden belirlenmiş kesme hatları boyunca kimyasal olarak malzemeyi uzaklaştırarak kesme işlemini gerçekleştirir.
Plazma kesme işlemi sırasında, yarı iletken levha bir vakum odasına yerleştirilir, odaya kontrollü bir reaktif gaz karışımı verilir ve yüksek konsantrasyonda reaktif iyon ve radikal içeren bir plazma oluşturmak için bir elektrik alanı uygulanır. Bu reaktif türler levha malzemesiyle etkileşime girer ve kimyasal reaksiyon ve fiziksel püskürtme kombinasyonu yoluyla, çizgi boyunca levha malzemesini seçici olarak uzaklaştırır.
Plazma kesiminin temel avantajı, yonga ve plaka üzerindeki mekanik gerilimi azaltması ve fiziksel temastan kaynaklanabilecek potansiyel hasarı en aza indirmesidir. Bununla birlikte, bu işlem diğer yöntemlere göre daha karmaşık ve zaman alıcıdır, özellikle daha kalın yongalar veya yüksek aşındırma direncine sahip malzemelerle çalışırken, bu nedenle seri üretimdeki uygulaması sınırlıdır.
▲Görüntü kaynağı ağı
Yarı iletken üretiminde, gofret kesme yöntemi, gofret malzemesinin özellikleri, çip boyutu ve geometrisi, gerekli hassasiyet ve doğruluk ile genel üretim maliyeti ve verimliliği de dahil olmak üzere birçok faktöre bağlı olarak seçilmelidir.
Yayın tarihi: 20 Eylül 2024