Cos'è il wafer cube?

A waferdeve subire tre modifiche per diventare un vero chip semiconduttore: in primo luogo, il lingotto a forma di blocco viene tagliato in wafer; nel secondo processo, i transistor vengono incisi sulla parte anteriore del wafer tramite il processo precedente; infine viene eseguito il confezionamento, cioè attraverso il processo di taglio, lawaferdiventa un chip semiconduttore completo. Si può vedere che il processo di confezionamento appartiene al processo di back-end. In questo processo, il wafer verrà tagliato in diversi chip singoli esaedrici. Questo processo per ottenere chip indipendenti è chiamato “Singulation”, mentre il processo di segatura del wafer in cuboidi indipendenti è chiamato “wafer Cutting (Die Sawing)”. Recentemente, con il miglioramento dell'integrazione dei semiconduttori, lo spessore diwaferè diventato sempre più sottile, il che ovviamente comporta molte difficoltà nel processo di “singolatura”.

L'evoluzione del taglio dei wafer

I processi front-end e back-end si sono evoluti attraverso l'interazione in vari modi: l'evoluzione dei processi back-end può determinare la struttura e la posizione dei piccoli chip esaedrici separati dal die sul latowafer, nonché la struttura e la posizione dei pad (percorsi di collegamento elettrico) sul wafer; al contrario, l'evoluzione dei processi di front-end ha cambiato il processo e la modalità diwaferdiradamento e “die dicing” nel processo di back-end. Pertanto, l’aspetto sempre più sofisticato del pacchetto avrà un grande impatto sul processo di back-end. Inoltre, anche il numero, la procedura ed il tipo di cubettatura cambieranno di conseguenza in base al cambiamento dell'aspetto della confezione.

Scriba a dadi

Agli albori, “rompere” applicando una forza esterna era l’unico metodo per tagliare a cubettiwafernell'esaedro muore. Tuttavia, questo metodo presenta gli svantaggi di scheggiatura o rottura del bordo del piccolo truciolo. Inoltre, poiché le bave sulla superficie metallica non vengono completamente rimosse, anche la superficie tagliata risulta molto ruvida.
Per risolvere questo problema è nato il metodo di taglio “Scribing”, cioè prima di “rompere” la superficie delwaferviene tagliato a circa la metà della profondità. "Scribing", come suggerisce il nome, si riferisce all'utilizzo di una girante per segare (tagliare a metà) in anticipo il lato anteriore del wafer. All'inizio, la maggior parte dei wafer inferiori a 6 pollici utilizzava questo metodo di taglio, ovvero "affettare" tra i chip e quindi "rompere".

Tagliatrice a lama o sega a lama

Il metodo di taglio “Scribing” si è gradualmente sviluppato nel metodo di taglio (o segatura) “Blade dicing”, che è un metodo di taglio utilizzando una lama due o tre volte di seguito. Il metodo di taglio “a lama” può compensare il fenomeno dei piccoli trucioli che si staccano durante la “rottura” dopo la “incisione” e può proteggere i piccoli trucioli durante il processo di “singolatura”. Il taglio “a lama” è diverso dal precedente taglio “a cubetti”, cioè dopo un taglio “a lama”, non si “rompe”, ma si taglia nuovamente con una lama. Pertanto, è anche chiamato metodo “step dicing”.

Per proteggere il wafer da danni esterni durante il processo di taglio, sul wafer verrà applicata preventivamente una pellicola per garantire un "singolamento" più sicuro. Durante il processo di “molatura posteriore”, la pellicola verrà attaccata alla parte anteriore del wafer. Al contrario, nel taglio “a lama”, la pellicola dovrebbe essere attaccata al retro del wafer. Durante l'incollaggio eutettico dello stampo (incollaggio dello stampo, fissaggio dei chip separati sul PCB o sul telaio fisso), la pellicola attaccata al retro cadrà automaticamente. A causa dell'elevato attrito durante il taglio, l'acqua deionizzata deve essere spruzzata continuamente da tutte le direzioni. Inoltre, la girante deve essere fissata con particelle di diamante in modo che le fette possano essere tagliate meglio. A questo punto, il taglio (spessore della lama: larghezza della scanalatura) deve essere uniforme e non deve superare la larghezza della scanalatura della cubettatura.
Per molto tempo la segatura è stata il metodo di taglio tradizionale più utilizzato. Il suo più grande vantaggio è che può tagliare un gran numero di wafer in breve tempo. Tuttavia, se la velocità di alimentazione della fetta viene notevolmente aumentata, aumenterà la possibilità che i bordi dei trucioli si spellino. Pertanto, il numero di rotazioni della girante dovrebbe essere controllato a circa 30.000 volte al minuto. Si può vedere che la tecnologia del processo dei semiconduttori è spesso un segreto accumulato lentamente attraverso un lungo periodo di accumulazione e tentativi ed errori (nella prossima sezione sul legame eutettico, discuteremo il contenuto sul taglio e sul DAF).

Cubettatura prima della macinazione (DBG): la sequenza di taglio ha cambiato metodo

Quando il taglio della lama viene eseguito su un wafer da 8 pollici di diametro, non è necessario preoccuparsi del distacco o della rottura dei bordi dei chiplet. Ma quando il diametro del wafer aumenta fino a 21 pollici e lo spessore diventa estremamente sottile, i fenomeni di spellatura e fessurazione cominciano nuovamente ad apparire. Al fine di ridurre significativamente l'impatto fisico sul wafer durante il processo di taglio, il metodo DBG di “dicing before grinder” sostituisce la tradizionale sequenza di taglio. A differenza del tradizionale metodo di taglio “a lama” che taglia in continuo, DBG esegue prima un taglio “a lama”, quindi assottiglia gradualmente lo spessore del wafer assottigliando continuamente il lato posteriore fino alla divisione del chip. Si può dire che DBG è una versione aggiornata del precedente metodo di taglio “a lama”. Poiché può ridurre l’impatto del secondo taglio, il metodo DBG è stato rapidamente reso popolare nel “confezionamento a livello di wafer”.

Taglio laser

Il processo WLCSP (wafer-level chip scale package) utilizza principalmente il taglio laser. Il taglio laser può ridurre fenomeni come peeling e cracking, ottenendo così trucioli di migliore qualità, ma quando lo spessore del wafer è superiore a 100μm, la produttività sarà notevolmente ridotta. Pertanto viene utilizzato principalmente su wafer con uno spessore inferiore a 100μm (relativamente sottile). Il taglio laser taglia il silicio applicando un laser ad alta energia alla scanalatura del wafer. Tuttavia, quando si utilizza il metodo di taglio laser convenzionale (laser convenzionale), è necessario applicare preventivamente una pellicola protettiva sulla superficie del wafer. Poiché riscaldando o irradiando la superficie del wafer con il laser, questi contatti fisici produrranno scanalature sulla superficie del wafer e anche i frammenti di silicio tagliati aderiranno alla superficie. Si può notare che il metodo di taglio laser tradizionale taglia direttamente anche la superficie del wafer e, sotto questo aspetto, è simile al metodo di taglio “a lama”.

Stealth Dicing (SD) è un metodo per tagliare prima l'interno del wafer con energia laser e quindi applicare una pressione esterna al nastro attaccato sul retro per romperlo, separando così il chip. Quando si applica pressione al nastro sul retro, il wafer verrà immediatamente sollevato verso l'alto a causa dello stiramento del nastro, separando così il chip. I vantaggi dell'SD rispetto al tradizionale metodo di taglio laser sono: in primo luogo, non sono presenti detriti di silicio; in secondo luogo, il taglio (Kerf: la larghezza della scanalatura) è stretto, quindi è possibile ottenere più trucioli. Inoltre, utilizzando il metodo SD, il fenomeno della pelatura e della fessurazione sarà notevolmente ridotto, fondamentale per la qualità complessiva del taglio. Pertanto, è molto probabile che il metodo SD diventi la tecnologia più popolare in futuro.

Taglio al plasma
Il taglio al plasma è una tecnologia sviluppata di recente che utilizza l'incisione al plasma per tagliare durante il processo di produzione (Fab). Il taglio al plasma utilizza materiali semi-gas anziché liquidi, quindi l’impatto sull’ambiente è relativamente ridotto. E viene adottato il metodo di taglio dell'intero wafer in una sola volta, quindi la velocità di "taglio" è relativamente elevata. Tuttavia, il metodo al plasma utilizza gas di reazione chimica come materia prima e il processo di attacco è molto complicato, quindi il flusso del processo è relativamente macchinoso. Ma rispetto al taglio “a lama” e al taglio laser, il taglio al plasma non provoca danni alla superficie del wafer, riducendo così il tasso di difetti e ottenendo più trucioli.

Recentemente, da quando lo spessore del wafer è stato ridotto a 30μm, vengono utilizzati molto rame (Cu) o materiali a bassa costante dielettrica (Low-k). Pertanto, al fine di prevenire le bave (Burr), verranno privilegiate anche le metodologie di taglio al plasma. Naturalmente anche la tecnologia del taglio al plasma è in costante sviluppo. Credo che nel prossimo futuro un giorno non ci sarà più bisogno di indossare una maschera speciale durante l'incisione, perché questa è una delle principali direzioni di sviluppo del taglio al plasma.

Poiché lo spessore dei wafer è stato continuamente ridotto da 100μm a 50μm e poi a 30μm, anche i metodi di taglio per ottenere chip indipendenti sono cambiati e si sono evoluti dal taglio “a rottura” e “a lama” al taglio laser e al taglio plasma. Sebbene i metodi di taglio sempre più maturi abbiano aumentato il costo di produzione del processo di taglio stesso, d’altro canto, riducendo sensibilmente i fenomeni indesiderati come peeling e cracking che spesso si verificano nel taglio dei chip dei semiconduttori e aumentando il numero di chip ottenuti per unità di wafer , il costo di produzione di un singolo chip ha mostrato una tendenza al ribasso. Naturalmente, l'aumento del numero di chip ottenuti per unità di superficie del wafer è strettamente correlato alla riduzione della larghezza della via di dicing. Utilizzando il taglio al plasma è possibile ottenere quasi il 20% di trucioli in più rispetto al metodo di taglio “a lama”, che è anche uno dei motivi principali per cui le persone scelgono il taglio al plasma. Con lo sviluppo e i cambiamenti dei wafer, dell'aspetto dei chip e dei metodi di confezionamento, stanno emergendo anche vari processi di taglio come la tecnologia di lavorazione dei wafer e DBG.