مکعب ویفر چیست؟

A ویفربرای تبدیل شدن به یک تراشه نیمه هادی واقعی باید سه تغییر را پشت سر بگذارد: اول، شمش بلوک شکل به ویفر بریده می شود. در فرآیند دوم، ترانزیستورها در قسمت جلویی ویفر از طریق فرآیند قبلی حک می شوند. در نهایت، بسته بندی انجام می شود، یعنی از طریق فرآیند برش،ویفرتبدیل به یک تراشه نیمه هادی کامل می شود. مشاهده می شود که فرآیند بسته بندی متعلق به فرآیند back-end است. در این فرآیند، ویفر به چند تراشه شش‌وجهی بریده می‌شود. این فرآیند به دست آوردن تراشه های مستقل "Singulation" نامیده می شود و فرآیند اره کردن تخته ویفر به مکعب های مستقل "برش ویفر (Die Sawing)" نامیده می شود. اخیراً با بهبود ادغام نیمه هادی ها، ضخامتویفرنازک تر و نازک تر شده است، که البته دشواری زیادی را برای فرآیند "تکینگ" به همراه دارد.

سیر تکاملی ویفر برش

فرآیندهای Front-end و Back-End از طریق تعامل به روش های مختلف تکامل یافته اند: تکامل فرآیندهای back-end می تواند ساختار و موقعیت تراشه های کوچک شش وجهی جدا شده از قالب را تعیین کند.ویفرو همچنین ساختار و موقعیت پدها (مسیرهای اتصال الکتریکی) روی ویفر. برعکس، تکامل فرآیندهای front-end، فرآیند و روش را تغییر داده استویفرنازک شدن پشت و "Die dicing" در فرآیند back-end. بنابراین، ظاهر پیچیده و روزافزون بسته تأثیر زیادی بر فرآیند back-end خواهد داشت. علاوه بر این، تعداد، روش و نوع تاس نیز مطابق با تغییر ظاهر بسته تغییر می کند.

کاتب دیسینگ

در روزهای اولیه، «شکستن» با اعمال نیروی خارجی تنها روشی بود که می‌توانست آن را تقسیم کندویفربه هگزادرون می میرد. با این حال، این روش دارای معایبی مانند بریدگی یا ترک خوردن لبه تراشه کوچک است. علاوه بر این، از آنجایی که سوراخ های روی سطح فلز به طور کامل از بین نمی روند، سطح برش نیز بسیار ناهموار است.
برای حل این مشکل، روش برش «Scribing» به وجود آمد، یعنی قبل از «شکستن» سطحویفرتقریباً به نصف عمق بریده می شود. همانطور که از نام آن پیداست، "Scribing" به استفاده از پروانه برای اره کردن (نیمه برش) قسمت جلویی ویفر از قبل اشاره دارد. در روزهای اولیه، بیشتر ویفرهای زیر 6 اینچ از این روش برش استفاده می کردند که ابتدا بین چیپس ها «برش» و سپس «شکستن» بود.

تیغه زنی یا تیغه اره

روش برش "Scribing" به تدریج به روش برش (یا اره کردن) "Blade dicing" تبدیل شد که روشی است برای برش با استفاده از تیغه دو یا سه بار پشت سر هم. روش برش تیغه می‌تواند پدیده جدا شدن تراشه‌های کوچک در هنگام «شکستن» پس از «خراش» را جبران کند و می‌تواند از تراشه‌های کوچک در طول فرآیند «سینولاسیون» محافظت کند. برش "تیغه" با برش "قطعه" قبلی متفاوت است، یعنی بعد از برش "تیغه" "شکستن" نیست، بلکه دوباره با تیغه برش می زند. از این رو به آن روش «مسیر پله ای» نیز می گویند.

به منظور محافظت از ویفر در برابر آسیب های خارجی در طول فرآیند برش، یک فیلم از قبل روی ویفر اعمال می شود تا از "تنگی" ایمن تر اطمینان حاصل شود. در طی فرآیند "عقب زنی"، فیلم به قسمت جلویی ویفر متصل می شود. اما برعکس، در برش "تیغه"، فیلم باید به پشت ویفر متصل شود. در طول پیوند قالب یوتکتیک (پیوند قالب، ثابت کردن تراشه های جدا شده روی PCB یا قاب ثابت)، فیلم متصل به پشت به طور خودکار می افتد. به دلیل اصطکاک زیاد در حین برش، آب DI باید به طور مداوم از همه جهات پاشیده شود. علاوه بر این، پروانه باید با ذرات الماس وصل شود تا برش ها بهتر بریده شوند. در این زمان برش (ضخامت تیغه: عرض شیار) باید یکنواخت باشد و از عرض شیار تاس بیشتر نشود.
برای مدت طولانی، اره کردن پرکاربردترین روش برش سنتی بوده است. بزرگترین مزیت آن این است که می تواند تعداد زیادی ویفر را در مدت زمان کوتاهی برش دهد. اما اگر سرعت تغذیه برش بسیار افزایش یابد، امکان لایه برداری لبه چیپس افزایش می یابد. بنابراین تعداد چرخش پروانه باید در حدود 30000 بار در دقیقه کنترل شود. مشاهده می شود که فناوری فرآیند نیمه هادی اغلب یک راز است که به آرامی در طی یک دوره طولانی انباشتگی و آزمون و خطا انباشته شده است (در بخش بعدی در مورد پیوند یوتکتیک، مطالب مربوط به برش و DAF را مورد بحث قرار خواهیم داد).

برش قبل از آسیاب کردن (DBG): ترتیب برش روش را تغییر داده است

هنگامی که برش تیغه روی یک ویفر با قطر 8 اینچ انجام می شود، نیازی به نگرانی در مورد لایه برداری یا ترک خوردن لبه تراشه نیست. اما با افزایش قطر ویفر به 21 اینچ و ضخامت بسیار نازک، پدیده لایه برداری و ترک دوباره ظاهر می شود. به منظور کاهش قابل توجه تاثیر فیزیکی روی ویفر در طول فرآیند برش، روش DBG "قبض کردن قبل از آسیاب" جایگزین توالی برش سنتی می شود. برخلاف روش سنتی برش تیغه که به طور مداوم برش می‌دهد، DBG ابتدا یک برش تیغه انجام می‌دهد و سپس به تدریج ضخامت ویفر را با نازک کردن مداوم قسمت پشتی تا زمانی که تراشه شکافته شود، نازک می‌کند. می توان گفت که DBG یک نسخه ارتقا یافته از روش برش تیغه قبلی است. از آنجا که می تواند تاثیر برش دوم را کاهش دهد، روش DBG به سرعت در "بسته بندی در سطح ویفر" رایج شده است.

تاس لیزری

فرآیند بسته مقیاس تراشه در سطح ویفر (WLCSP) عمدتاً از برش لیزری استفاده می کند. برش لیزری می تواند پدیده هایی مانند لایه برداری و ترک خوردگی را کاهش دهد و در نتیجه تراشه های با کیفیت بهتری به دست آورد، اما زمانی که ضخامت ویفر بیش از 100 میکرومتر باشد، بهره وری تا حد زیادی کاهش می یابد. بنابراین بیشتر روی ویفرهایی با ضخامت کمتر از 100μm (نسبتا نازک) استفاده می شود. برش لیزری سیلیکون را با اعمال لیزر پرانرژی بر روی شیار اسکریپ ویفر برش می دهد. با این حال، هنگام استفاده از روش برش لیزر معمولی (Conventional Laser)، باید از قبل یک لایه محافظ روی سطح ویفر اعمال شود. از آنجایی که با حرارت دادن یا تابش لیزر به سطح ویفر، این تماس های فیزیکی باعث ایجاد شیارهایی بر روی سطح ویفر می شود و قطعات سیلیکونی بریده شده نیز به سطح می چسبند. مشاهده می شود که روش سنتی برش لیزری نیز مستقیماً سطح ویفر را برش می دهد و از این نظر مشابه روش برش تیغه ای است.

Stealth Dicing (SD) روشی است که ابتدا داخل ویفر را با انرژی لیزر برش می دهیم و سپس با اعمال فشار خارجی به نوار چسبیده به پشت آن، آن را شکسته و در نتیجه تراشه را جدا می کنیم. هنگامی که به نوار پشتی فشار وارد می شود، ویفر به دلیل کشش نوار فوراً به سمت بالا بالا می رود و در نتیجه تراشه را جدا می کند. مزایای SD نسبت به روش سنتی برش لیزری عبارتند از: اول اینکه هیچ زباله سیلیکونی وجود ندارد. ثانیاً، کرف (کرف: عرض شیار نویس) باریک است، بنابراین می توان تراشه های بیشتری به دست آورد. علاوه بر این، پدیده لایه برداری و ترک خوردگی با استفاده از روش SD که برای کیفیت کلی برش بسیار مهم است، بسیار کاهش می یابد. بنابراین، روش SD به احتمال زیاد به محبوب ترین فناوری در آینده تبدیل خواهد شد.

قطعه قطعه سازی پلاسما
برش پلاسما یک فناوری اخیرا توسعه یافته است که از اچ پلاسما برای برش در طول فرآیند تولید (Fab) استفاده می کند. در برش پلاسما به جای مایعات از مواد نیمه گازی استفاده می شود، بنابراین تأثیر آن بر محیط زیست نسبتاً کم است. و روش برش کل ویفر در یک زمان اتخاذ شده است، بنابراین سرعت "برش" نسبتا سریع است. با این حال، روش پلاسما از گاز واکنش شیمیایی به عنوان ماده خام استفاده می کند و فرآیند اچینگ بسیار پیچیده است، بنابراین جریان فرآیند آن نسبتاً دست و پا گیر است. اما در مقایسه با برش تیغه و برش لیزری، برش پلاسما باعث آسیب به سطح ویفر نمی شود و در نتیجه میزان نقص را کاهش می دهد و تراشه های بیشتری به دست می آورد.

اخیراً، از آنجایی که ضخامت ویفر به 30μm کاهش یافته است، و مقدار زیادی مس (Cu) یا مواد ثابت دی الکتریک پایین (Low-k) استفاده می شود. بنابراین برای جلوگیری از ایجاد فرز (Burr)، روش های برش پلاسما نیز مورد توجه قرار خواهد گرفت. البته فناوری برش پلاسما نیز به طور مداوم در حال توسعه است. من معتقدم که در آینده نزدیک، روزی دیگر نیازی به پوشیدن ماسک خاصی در هنگام اچ نخواهد بود، زیرا این یک جهت توسعه اصلی برش پلاسما است.

از آنجایی که ضخامت ویفرها به طور مداوم از 100μm به 50μm و سپس به 30μm کاهش یافته است، روش های برش برای به دست آوردن تراشه های مستقل نیز از برش "شکستن" و "تیغه" به برش لیزری و برش پلاسما در حال تغییر و توسعه بوده است. اگرچه روش‌های برش به طور فزاینده بالغ، هزینه تولید خود فرآیند برش را افزایش داده است، از سوی دیگر، با کاهش قابل توجه پدیده‌های نامطلوب مانند لایه‌برداری و ترک‌خوردگی که اغلب در برش براده‌های نیمه‌رسانا رخ می‌دهد و افزایش تعداد تراشه‌های به‌دست‌آمده در هر واحد ویفر، به‌طور چشمگیری کاهش یافته است. ، هزینه تولید یک تراشه منفرد روند نزولی را نشان داده است. البته افزایش تعداد تراشه‌های به‌دست‌آمده در واحد سطح ویفر ارتباط نزدیکی با کاهش عرض خیابان دایس دارد. با استفاده از برش پلاسما، تقریباً 20٪ تراشه های بیشتری را می توان در مقایسه با استفاده از روش برش تیغه به دست آورد، که همچنین دلیل اصلی انتخاب برش پلاسما توسط مردم است. با توسعه و تغییرات ویفرها، ظاهر تراشه و روش های بسته بندی، فرآیندهای مختلف برش مانند فناوری پردازش ویفر و DBG نیز در حال ظهور هستند.