A trancheLe matériau doit subir trois transformations pour devenir une véritable puce semi-conductrice : premièrement, le lingot en forme de bloc est découpé en tranches ; deuxièmement, les transistors sont gravés sur la face avant de la tranche grâce à l’étape précédente ; enfin, l’encapsulation est réalisée, c’est-à-dire que, par l’étape de découpe, le matériau est encapsulé.tranchedevient une puce semi-conductrice complète. On constate que le processus d'encapsulation fait partie des étapes de fabrication. Lors de ce processus, la plaquette est découpée en plusieurs puces individuelles hexaédriques. Ce processus d'obtention de puces indépendantes est appelé « singulation », et le processus de découpe de la plaquette en parallélépipèdes rectangles indépendants est appelé « découpe de plaquette » (ou « découpe à la puce »). Récemment, grâce à l'amélioration de l'intégration des semi-conducteurs, l'épaisseur des puces a pu être réduite.plaquetteselle est devenue de plus en plus mince, ce qui complique évidemment beaucoup le processus de «séparation».
L'évolution du découpage des plaquettes
Les processus front-end et back-end ont évolué par interaction de diverses manières : l’évolution des processus back-end peut déterminer la structure et la position des petits fragments hexaédriques séparés de la puce sur le disque.tranche, ainsi que la structure et la position des plots (chemins de connexion électrique) sur la plaquette ; en revanche, l’évolution des procédés de fabrication en amont a modifié le processus et la méthode detrancheL'amincissement et le découpage à l'emporte-pièce sont des étapes importantes du processus de finition. Par conséquent, l'aspect de plus en plus sophistiqué de l'emballage aura un impact considérable sur ce processus. De plus, le nombre, la procédure et le type de découpage évolueront en fonction de l'évolution de l'apparence de l'emballage.
Scribe Dicker
Au début, le « bris » par application d'une force extérieure était la seule méthode de découpe qui permettait de diviser le bois.trancheCette méthode consiste à usiner des matrices hexaédriques. Cependant, elle présente l'inconvénient d'ébrécher ou de fissurer les bords des petits copeaux. De plus, comme les bavures présentes sur la surface métallique ne sont pas complètement éliminées, la surface de coupe est très rugueuse.
Pour résoudre ce problème, la méthode de découpe par « traçage » a été mise au point, c'est-à-dire qu'avant de « casser », la surface de latrancheLa découpe s'effectue à environ la moitié de la profondeur. Le « scribing », comme son nom l'indique, consiste à utiliser une turbine pour scier (entailler) la face avant de la plaquette au préalable. À l'origine, la plupart des plaquettes de moins de 15 cm étaient découpées selon cette méthode : on procédait d'abord à un « tranchage » entre les copeaux, puis à une « casse ».
Découpe à la lame ou sciage à la lame
La méthode de découpe par traçage a progressivement évolué vers la méthode de découpe par sciage à la lame, qui consiste à effectuer deux ou trois coupes successives à l'aide d'une lame. Cette dernière permet de pallier le phénomène de détachement de petits copeaux lors du cassage après le traçage et de les préserver pendant le découpage. La découpe à la lame se distingue de la découpe par sciage classique par le fait qu'après une première coupe, il ne s'agit pas d'un cassage, mais d'une nouvelle coupe à la lame. C'est pourquoi on l'appelle également découpe par étapes.
Afin de protéger la plaquette des dommages externes lors de la découpe, un film protecteur est appliqué au préalable pour une séparation plus sûre. Lors du meulage arrière, ce film est collé sur la face avant de la plaquette. En revanche, lors de la découpe à la lame, il est collé sur la face arrière. Pendant le collage eutectique des puces (fixation des puces séparées sur le circuit imprimé ou le cadre), le film arrière se détache automatiquement. En raison du frottement important lors de la découpe, de l'eau désionisée est pulvérisée en continu dans toutes les directions. De plus, la turbine est équipée de particules de diamant pour une découpe plus précise. La largeur de coupe (épaisseur de la lame : largeur de la rainure) doit être uniforme et ne pas dépasser celle de la rainure de découpe.
Le sciage a longtemps été la méthode de découpe traditionnelle la plus répandue. Son principal avantage réside dans sa capacité à découper un grand nombre de plaquettes en un temps réduit. Cependant, une augmentation importante de la vitesse d'avance des tranches accroît le risque de décollement des bords des copeaux. Il est donc nécessaire de contrôler la vitesse de rotation de la turbine à environ 30 000 tours par minute. On constate ainsi que la technologie des procédés de fabrication des semi-conducteurs est souvent le fruit d'un long processus d'accumulation de connaissances et d'essais empiriques (la section suivante, consacrée au collage eutectique, abordera les aspects liés à la découpe et à la fusion directe par arc électrique).
Découpe avant broyage (DBG) : la séquence de découpe a changé la méthode
Lors de la découpe à la lame d'une plaquette de 8 pouces de diamètre, le décollement ou la fissuration des bords des puces ne pose aucun problème. Cependant, lorsque le diamètre de la plaquette atteint 21 pouces et que son épaisseur devient extrêmement faible, ces phénomènes réapparaissent. Afin de réduire significativement l'impact physique sur la plaquette pendant la découpe, la méthode DBG (découpe avant meulage) remplace la séquence de découpe traditionnelle. Contrairement à la méthode de découpe à la lame classique, qui effectue une découpe continue, la méthode DBG réalise d'abord une découpe à la lame, puis amincit progressivement la plaquette en amincissant continuellement la face arrière jusqu'à la séparation de la puce. On peut considérer la méthode DBG comme une version améliorée de la découpe à la lame. Grâce à sa capacité à réduire l'impact de la seconde découpe, la méthode DBG s'est rapidement imposée dans le domaine de l'encapsulation au niveau de la plaquette.
Découpage laser
Le procédé d'encapsulation à l'échelle de la puce au niveau de la plaquette (WLCSP) utilise principalement la découpe laser. Cette dernière permet de réduire les phénomènes de décollement et de fissuration, et ainsi d'obtenir des puces de meilleure qualité. Cependant, lorsque l'épaisseur de la plaquette dépasse 100 µm, la productivité chute considérablement. C'est pourquoi elle est principalement utilisée pour les plaquettes d'une épaisseur inférieure à 100 µm (relativement fines). La découpe laser consiste à découper le silicium en appliquant un laser de haute énergie sur une rainure de la plaquette. En revanche, la méthode de découpe laser conventionnelle nécessite l'application préalable d'un film protecteur sur la surface de la plaquette. En effet, le chauffage ou l'irradiation de la surface par le laser crée des rainures, auxquelles les fragments de silicium découpés adhèrent. On constate donc que la méthode de découpe laser traditionnelle découpe également directement la surface de la plaquette, et qu'à cet égard, elle est similaire à la méthode de découpe à la lame.
La découpe furtive (SD) est une méthode qui consiste à découper l'intérieur de la plaquette à l'aide d'un laser, puis à appliquer une pression externe sur le ruban adhésif placé au dos pour le rompre et séparer ainsi la puce. Sous l'effet de la pression exercée sur le ruban, la plaquette se soulève instantanément, libérant ainsi la puce. Les avantages de la SD par rapport à la découpe laser traditionnelle sont les suivants : premièrement, elle ne génère aucun débris de silicium ; deuxièmement, la largeur de la rainure de découpe est réduite, ce qui permet d'obtenir davantage de puces. De plus, les phénomènes de décollement et de fissuration sont considérablement réduits, un facteur essentiel pour la qualité globale de la découpe. Par conséquent, la méthode SD a de fortes chances de devenir la technologie dominante à l'avenir.
Découpe au plasma
La découpe plasma est une technologie récente qui utilise la gravure plasma pour découper les plaquettes lors du processus de fabrication. Utilisant des semi-gaz au lieu de liquides, elle a un impact environnemental relativement faible. La découpe de la plaquette entière en une seule opération permet une vitesse de découpe élevée. Cependant, le procédé plasma utilise un gaz issu d'une réaction chimique comme matière première, et le processus de gravure est complexe, ce qui rend son flux de production relativement lourd. Néanmoins, comparée à la découpe au couteau et à la découpe laser, la découpe plasma ne détériore pas la surface de la plaquette, réduisant ainsi le taux de défauts et permettant d'obtenir un plus grand nombre de puces.
Récemment, l'épaisseur des plaquettes ayant été réduite à 30 µm, et l'utilisation accrue de cuivre (Cu) ou de matériaux à faible constante diélectrique (Low-k) s'étant généralisée, les méthodes de découpe plasma sont privilégiées afin de prévenir la formation de bavures. Bien entendu, la technologie de découpe plasma est en constante évolution. Je suis convaincu que, dans un avenir proche, le port d'un masque spécial lors de la gravure ne sera plus nécessaire, car il s'agit là d'une voie de développement majeure pour la découpe plasma.
Avec la réduction continue de l'épaisseur des plaquettes, de 100 µm à 50 µm puis à 30 µm, les méthodes de découpe pour obtenir des puces individuelles ont également évolué, passant de la découpe par cassure et à la lame à la découpe laser et plasma. Bien que la maturité croissante de ces méthodes de découpe ait entraîné une augmentation du coût de production du processus lui-même, la réduction significative des phénomènes indésirables tels que le décollement et la fissuration, fréquents lors de la découpe de puces semi-conductrices, ainsi que l'augmentation du nombre de puces obtenues par plaquette, ont permis de réduire le coût de production unitaire. Bien entendu, l'augmentation du nombre de puces obtenues par unité de surface de la plaquette est étroitement liée à la réduction de la largeur de la zone de découpe. La découpe plasma permet d'obtenir près de 20 % de puces supplémentaires par rapport à la découpe à la lame, ce qui constitue une raison majeure de son succès. Avec l'évolution et les changements des plaquettes, de l'apparence des puces et des méthodes d'encapsulation, divers procédés de découpe tels que la technologie de traitement des plaquettes et le DBG émergent également.
Date de publication : 10 octobre 2024