Vahvellõikamine on võimsuspooljuhtide tootmise üks olulisi lülisid. See samm on mõeldud üksikute integraallülituste või kiipide täpseks eraldamiseks pooljuhtplaatidest.
Võti selleksvahvellõikamine on suuteline eraldama üksikuid kiipe, tagades samal ajal, et õrnad struktuurid ja ahelad on sisseehitatudvahvelei ole kahjustatud. Lõikeprotsessi õnnestumine või ebaõnnestumine ei mõjuta mitte ainult kiibi eraldamise kvaliteeti ja saagist, vaid on otseselt seotud ka kogu tootmisprotsessi efektiivsusega.
▲Kolm levinud vahvlilõikamise tüüpi | Allikas: KLA HIINA
Praegu on levinudvahvelLõikamisprotsessid jagunevad järgmisteks osadeks:
Tera lõikamine: odav, kasutatakse tavaliselt paksemate jaoksvahvlid
Laserlõikamine: kõrge hind, tavaliselt kasutatakse vahvlite jaoks, mille paksus on üle 30 μm
Plasma lõikamine: kõrge hind, rohkem piiranguid, tavaliselt kasutatakse vahvlite jaoks, mille paksus on alla 30 μm
Tera mehaaniline lõikamine
Tera lõikamine on protsess, mis lõikab piki joonejoont suurel kiirusel pöörleva lihvketta (tera) abil. Tera on tavaliselt valmistatud abrasiivsest või üliõhukesest teemantmaterjalist, mis sobib räniplaatidele viilutamiseks või soonte tegemiseks. Mehaanilise lõikamismeetodina tugineb tera lõikamine aga materjali füüsilisele eemaldamisele, mis võib kergesti põhjustada laastu serva lõhenemist või pragunemist, mõjutades seega toote kvaliteeti ja vähendades saagikust.
Mehaanilise saagimisprotsessi käigus toodetud lõpptoote kvaliteeti mõjutavad mitmed parameetrid, sealhulgas lõikekiirus, tera paksus, tera läbimõõt ja tera pöörlemiskiirus.
Täielik lõikamine on kõige elementaarsem tera lõikamismeetod, mis lõikab töödeldava detaili täielikult, lõigates fikseeritud materjaliks (nt viilutuslindiks).
▲ Mehaaniline tera lõikamine-täislõikus | Pildiallika võrk
Poollõikamine on töötlemismeetod, mis toodab soone, lõigates tooriku keskele. Pidevalt soonte tegemisel saab toota kammi- ja nõelakujulisi punkte.
▲ Mehaaniline tera lõikamine-poollõikus | Pildiallika võrk
Topeltlõikamine on töötlemismeetod, mis kasutab kahe spindliga kahekordset viilusaega, et teha täis- või poollõikeid korraga kahel tootmisliinil. Topeltlõikesael on kaks spindlitelge. Selle protsessi abil on võimalik saavutada kõrge läbilaskevõime.
▲ Mehaaniline tera lõikamine-topeltlõikus | Pildiallika võrk
Astmelõikamisel kasutatakse kahe võlliga kahekordset viilusaega, et teostada täis- ja poollõikeid kahes etapis. Kvaliteetse töötlemise saavutamiseks kasutage lõiketerasid, mis on optimeeritud vahvli pinnal oleva juhtmekihi lõikamiseks, ja lõiketerasid, mis on optimeeritud ülejäänud räni monokristalli jaoks.
▲ Tera mehaaniline lõikamine – astmeline lõikamine | Pildiallika võrk
Kaldlõikamine on töötlemismeetod, mille puhul kasutatakse tera, mille pooleks lõigatud serval on V-kujuline serv, et lõigata vahvli kahes etapis astmelise lõikamise käigus. Lõikamise käigus tehakse faasimine. Seetõttu on võimalik saavutada kõrge hallituse tugevus ja kvaliteetne töötlemine.
▲ Tera mehaaniline lõikamine – kaldlõikamine | Pildiallika võrk
Laserlõikus
Laserlõikamine on kontaktivaba vahvlilõikamise tehnoloogia, mis kasutab fokuseeritud laserkiirt üksikute kiipide eraldamiseks pooljuhtplaatidest. Suure energiaga laserkiir on fokuseeritud vahvli pinnale ja aurustab või eemaldab materjali piki etteantud lõikejoont ablatsiooni või termilise lagunemise protsesside kaudu.
▲ Laserlõikamise diagramm | Pildi allikas: KLA HIINA
Praegu laialdaselt kasutatavad laseritüübid hõlmavad ultraviolettlasereid, infrapunalasereid ja femtosekundeid lasereid. Nende hulgas kasutatakse ultraviolettlasereid sageli täpseks külma ablatsiooniks nende kõrge footonenergia tõttu ning kuumusest mõjutatud tsoon on äärmiselt väike, mis võib tõhusalt vähendada vahvli ja seda ümbritsevate kiipide termilise kahjustuse ohtu. Infrapunalaserid sobivad paremini paksemate vahvlite jaoks, kuna suudavad tungida sügavale materjali sisse. Femtosekundilised laserid saavutavad ülilühikeste valgusimpulsside abil ülitäpse ja tõhusa materjali eemaldamise peaaegu tühise soojusülekandega.
Laserlõikamisel on traditsioonilise teralõikuse ees märkimisväärsed eelised. Esiteks ei nõua laserlõikamine kontaktivaba protsessina vahvlile füüsilist survet, mis vähendab mehaanilisel lõikamisel levinud killustumise ja pragunemise probleeme. See funktsioon muudab laserlõikamise eriti sobivaks habraste või üliõhukeste, eriti keeruka struktuuriga või peente omadustega vahvlite töötlemiseks.
▲ Laserlõikamise diagramm | Pildiallika võrk
Lisaks võimaldab laserlõikamise kõrge täpsus ja täpsus fokuseerida laserkiire äärmiselt väikesele punktile, toetada keerulisi lõikemustreid ja saavutada laastude minimaalse vahekauguse eraldamine. See funktsioon on eriti oluline kahaneva suurusega täiustatud pooljuhtseadmete puhul.
Kuid laserlõikamisel on ka mõned piirangud. Võrreldes tera lõikamisega on see aeglasem ja kallim, eriti suurtootmises. Lisaks võib õige laseritüübi valimine ja parameetrite optimeerimine, et tagada tõhus materjalieemaldus ja minimaalne kuumusest mõjutatud tsoon, olla teatud materjalide ja paksuste puhul keeruline.
Laser ablatsioon lõikamine
Laserablatsioonilõikamise ajal fokusseeritakse laserkiir täpselt kindlaksmääratud kohta vahvli pinnal ja laserenergia juhitakse vastavalt etteantud lõikemustrile, lõigates järk-järgult läbi vahvli põhja. Olenevalt lõikenõuetest tehakse see operatsioon impulsslaseriga või pidevlainelaseriga. Et vältida vahvli kahjustamist laseri liigsest lokaalsest kuumenemisest, kasutatakse vahvli jahutamiseks ja kaitsmiseks termiliste kahjustuste eest jahutusvett. Samal ajal saab jahutusvesi tõhusalt eemaldada ka lõikamisprotsessi käigus tekkinud osakesed, vältida saastumist ja tagada lõikekvaliteedi.
Nähtamatu laserlõikus
Laserit saab fokuseerida ka soojuse ülekandmiseks vahvli põhiosasse – seda meetodit nimetatakse nähtamatuks laserlõikamiseks. Selle meetodi puhul tekitab laseri kuumus kirjutusradadele tühimikud. Need nõrgestatud alad saavutavad seejärel sarnase läbitungimisefekti, purunedes vahvli venitamisel.
▲ Nähtamatu laserlõikamise põhiprotsess
Nähtamatu lõikamisprotsess on pigem sisemine neeldumine laserprotsess, mitte laserablatsioon, mille käigus laser neeldub pinnale. Nähtamatu lõikamise korral kasutatakse laserkiire energiat, mille lainepikkus on vahvli substraadi materjalile poolläbipaistev. Protsess on jagatud kaheks põhietapiks, millest üks on laseril põhinev protsess ja teine on mehaaniline eraldamisprotsess.
▲Laserikiir tekitab vahvli pinna alla perforatsiooni ning esi- ja tagakülge see ei mõjuta | Pildiallika võrk
Esimeses etapis, kui laserkiir skaneerib vahvlit, keskendub laserkiir kindlale punktile vahvli sees, moodustades sees pragunemispunkti. Kiire energia põhjustab sees rea pragusid, mis ei ole veel ulatunud läbi vahvli kogu paksuse ülemise ja alumise pinnani.
▲ Terameetodil ja laser-nähtamatu lõikamise meetodil lõigatud 100 μm paksuste räniplaatide võrdlus | Pildiallika võrk
Teises etapis laiendatakse vahvli põhjas olevat laastulinti füüsiliselt, mis põhjustab tõmbepingeid vahvli sees olevates pragudes, mis esimeses etapis laserprotsessis esile kutsutakse. Selle pinge tõttu ulatuvad praod vertikaalselt vahvli ülemisele ja alumisele pinnale ning seejärel eraldavad vahvlid piki neid lõikepunkte laastudeks. Nähtamatu lõikamise korral kasutatakse tavaliselt pool- või põhjapoolset poollõikamist, et hõlbustada vahvlite laastudeks või laastudeks eraldamist.
Nähtamatu laserlõikuse peamised eelised laserablatsiooni ees:
• Jahutusvedelikku pole vaja
• Ei teki prahti
• Puuduvad kuumusest mõjutatud tsoonid, mis võivad tundlikke vooluringe kahjustada
Plasma lõikamine
Plasma lõikamine (tuntud ka kui plasmasöövitus või kuivsöövitus) on täiustatud vahvlilõiketehnoloogia, mis kasutab üksikute kiipide eraldamiseks pooljuhtplaatidest reaktiivse iooni söövitamist (RIE) või sügavreaktiivset söövitamist (DRIE). Tehnoloogia abil saavutatakse lõikamine, eemaldades materjali keemiliselt mööda etteantud lõikejooni, kasutades plasmat.
Plasmalõikamise käigus asetatakse pooljuhtvahv vaakumkambrisse, kambrisse juhitakse kontrollitud reaktiivne gaasisegu ja suures kontsentratsioonis reaktiivseid ioone ja radikaale sisaldava plasma genereerimiseks rakendatakse elektrivälja. Need reaktiivsed osad interakteeruvad vahvlimaterjaliga ja eemaldavad keemilise reaktsiooni ja füüsikalise pihustamise kombinatsiooni abil selektiivselt vahvlimaterjali piki kirjutusjoont.
Plasmalõikamise peamine eelis seisneb selles, et see vähendab mehaanilist pinget vahvlile ja kiibile ning vähendab võimalikke füüsilisest kokkupuutest põhjustatud kahjustusi. See protsess on aga keerulisem ja aeganõudvam kui teised meetodid, eriti kui tegemist on paksemate vahvlitega või suure söövituskindlusega materjalidega, mistõttu on selle kasutamine masstootmises piiratud.
▲ Pildiallika võrk
Pooljuhtide valmistamisel tuleb vahvlilõikemeetodi valimisel lähtuda paljudest teguritest, sealhulgas vahvlimaterjali omadustest, kiibi suurusest ja geomeetriast, nõutavast täpsusest ja täpsusest ning üldisest tootmiskuludest ja efektiivsusest.
Postitusaeg: 20. september 2024