מה זה חיתוך קוביות?

A רָקִיקצריך לעבור שלושה שינויים כדי להפוך לשבב מוליכים למחצה אמיתי: ראשית, המטיל בצורת בלוק נחתך לפרוסות; בתהליך השני, טרנזיסטורים חרוטים על החלק הקדמי של הפרוסה בתהליך הקודם; לבסוף, אריזה מתבצעת, כלומר, דרך תהליך החיתוך, אתרָקִיקהופך לשבב מוליכים למחצה שלם. ניתן לראות שתהליך האריזה שייך לתהליך האחורי. בתהליך זה, הרקיק ייחתך למספר שבבי משושה בודדים. תהליך זה של השגת שבבים עצמאיים נקרא "Singulation", ותהליך הניסור של לוח הפרוסים לקוביות עצמאיות נקרא "חיתוך רקיק (Die Sawing)". לאחרונה, עם שיפור שילוב מוליכים למחצה, עובי שלופליםנעשה דק יותר ויותר, מה שכמובן מביא קושי רב לתהליך ה"סינגולציה".

האבולוציה של חיתוך פרוסות

תהליכים קדמיים ואחוריים התפתחו באמצעות אינטראקציה בדרכים שונות: האבולוציה של תהליכי הקצה האחורי יכולה לקבוע את המבנה והמיקום של השבבים הקטנים המשושה המופרדים מהקובייה על גבירָקִיק, כמו גם את המבנה והמיקום של הרפידות (נתיבי חיבור חשמליים) על הוואפר; להיפך, האבולוציה של תהליכים חזיתיים שינתה את התהליך ואת השיטה שלרָקִיקדילול גב ו"מות קוביות" בתהליך האחורי. לכן, למראה המתוחכם יותר ויותר של החבילה תהיה השפעה רבה על תהליך הקצה האחורי. זאת ועוד, גם מספר, נוהל וסוג החיתוך ישתנו בהתאם בהתאם לשינוי במראה האריזה.

סופר קוביות

בימים הראשונים, "שבירה" על ידי הפעלת כוח חיצוני הייתה שיטת החיתוך היחידה שיכולה לחלק אתרָקִיקלתוך משושה מת. עם זאת, לשיטה זו יש את החסרונות של סתתים או פיצוח של קצה השבב הקטן. בנוסף, מכיוון שהקוצים על משטח המתכת אינם מוסרים לחלוטין, גם משטח החתך מחוספס מאוד.
על מנת לפתור בעיה זו, נוצרה שיטת החיתוך "סקריב", כלומר לפני "שבירה", פני השטח שלרָקִיקנחתך לכמחצית מהעומק. "כתיב", כפי שהשם מרמז, מתייחס לשימוש באימפלר לניסור (חצי חיתוך) של הצד הקדמי של הפרוסה מראש. בימים הראשונים, רוב הפרוסים מתחת ל-6 אינץ' השתמשו בשיטת חיתוך זו של "חתוך" תחילה בין צ'יפס ואז "שבירה".

חיתוך להב או ניסור להב

שיטת החיתוך "סקריב" התפתחה בהדרגה לשיטת חיתוך (או ניסור) "להב קוביות", שהיא שיטת חיתוך באמצעות להב פעמיים או שלוש ברציפות. שיטת החיתוך "להב" יכולה לפצות על תופעת השבבים הקטנים המתקלפים בעת "שבירה" לאחר "השרבטים", ויכולה להגן על שבבים קטנים במהלך תהליך ה"סינגולציה". חיתוך "להב" שונה מהחיתוך הקודם ב"קוביות", כלומר לאחר חיתוך "להב", הוא אינו "נשבר", אלא חיתוך שוב עם להב. לכן, היא נקראת גם שיטת "צעד קוביות".

על מנת להגן על הפרוסה מפני נזקים חיצוניים בתהליך החיתוך, יונח סרט על הפרוסה מראש על מנת להבטיח "בייחוד" בטוח יותר. במהלך תהליך "השחזה האחורית", הסרט יחובר לקדמת הפרוסה. אבל להיפך, בחיתוך "להב", הסרט צריך להיות מחובר לחלק האחורי של הפרוסה. במהלך הדבקת המות האוטקטית (הדבקת המות, קיבוע השבבים המופרדים על ה-PCB או המסגרת הקבועה), הסרט המחובר לגב ייפול אוטומטית. בשל החיכוך הגבוה במהלך החיתוך, יש לרסס מים DI ברציפות מכל הכיוונים. בנוסף, יש לחבר את האימפלר עם חלקיקי יהלום כדי שניתן יהיה לפרוס את הפרוסות בצורה טובה יותר. בשלב זה, החיתוך (עובי הלהב: רוחב החריץ) חייב להיות אחיד ולא יעלה על רוחב חריץ הקוביות.
במשך זמן רב, ניסור הייתה שיטת החיתוך המסורתית הנפוצה ביותר. היתרון הגדול ביותר שלו הוא שהוא יכול לחתוך מספר רב של ופלים בזמן קצר. עם זאת, אם מהירות ההאכלה של הנתח מוגברת מאוד, האפשרות של קילוף קצה צ'יפלט תגדל. לכן, יש לשלוט במספר הסיבובים של האימפלר בכ-30,000 פעמים בדקה. ניתן לראות שהטכנולוגיה של תהליך מוליכים למחצה היא לרוב סוד שנצבר באיטיות לאורך תקופה ארוכה של הצטברות וניסוי וטעייה (בחלק הבא על מליטה אוטקטית, נדון בתוכן על חיתוך ו-DAF).

חיתוך לקוביות לפני טחינה (DBG): רצף החיתוך שינה את השיטה

כאשר חיתוך להב מתבצע על פרוסות בקוטר 8 אינץ', אין צורך לדאוג לקילוף או פיצוח של קצה השבבים. אך כאשר קוטר הפרוסים גדל ל-21 אינצ'ים והעובי הופך לדק במיוחד, מתחילות להופיע שוב תופעות של קילוף וסדקים. על מנת לצמצם משמעותית את ההשפעה הפיזית על הפרוסה במהלך תהליך החיתוך, שיטת DBG של "חתוך לקוביות לפני טחינה" מחליפה את רצף החיתוך המסורתי. בניגוד לשיטת חיתוך ה"להב" המסורתית החותכת באופן רציף, DBG מבצעת תחילה חיתוך "להב", ולאחר מכן מדלל בהדרגה את עובי הפרוס על ידי דילול מתמשך של הצד האחורי עד לפיצול השבב. ניתן לומר ש-DBG היא גרסה משודרגת של שיטת החיתוך "להב" הקודמת. מכיוון שהיא יכולה להפחית את ההשפעה של החיתוך השני, שיטת DBG זכתה לפופולריות במהירות ב"אריזה ברמת רקיק".

חיתוך לייזר

תהליך קנה המידה של שבב ברמת רקיק (WLCSP) משתמש בעיקר בחיתוך לייזר. חיתוך בלייזר יכול להפחית תופעות כמו קילוף וסדקים, ובכך להשיג שבבים באיכות טובה יותר, אך כאשר עובי הפרוסים הוא יותר מ-100 מיקרומטר, התפוקה תפחת מאוד. לכן, הוא משמש בעיקר על פרוסות בעובי של פחות מ 100μm (דק יחסית). חיתוך בלייזר חותך סיליקון על ידי יישום לייזר בעל אנרגיה גבוהה על חריץ הכתב של הרקיק. עם זאת, כאשר משתמשים בשיטת החיתוך הרגילה בלייזר (Laser קונבנציונלי), יש למרוח סרט הגנה על משטח הפרוסות מראש. בגלל חימום או הקרנה של פני השטח של הפרוסה בלייזר, המגעים הפיזיים הללו ייצרו חריצים על פני הפרוסה, וגם שברי הסיליקון החתוכים ייצמדו למשטח. ניתן לראות ששיטת חיתוך הלייזר המסורתית גם חותכת ישירות את פני הוופל, ומבחינה זו היא דומה לשיטת החיתוך "להב".

Stealth Dicing (SD) היא שיטה לחיתוך תחילה את פנים הפרוסה עם אנרגיית לייזר, ולאחר מכן הפעלת לחץ חיצוני על הסרט המחובר לגב כדי לשבור אותו, ובכך להפריד את השבב. כאשר מופעל לחץ על הסרט בגב, הוופל יועלה מיד כלפי מעלה עקב מתיחה של הסרט, ובכך יפריד את השבב. היתרונות של SD על שיטת חיתוך הלייזר המסורתית הם: ראשית, אין פסולת סיליקון; שנית, ה-kerf (Kerf: רוחב חריץ הסופר) צר, כך שניתן להשיג יותר שבבים. כמו כן תופעת הקילוף והפיצוח תפחת מאוד בשיטת ה-SD, שהינה מכרעת לאיכות החיתוך הכוללת. לכן, סביר מאוד ששיטת SD תהפוך לטכנולוגיה הפופולרית ביותר בעתיד.

קוביות פלזמה
חיתוך פלזמה היא טכנולוגיה שפותחה לאחרונה המשתמשת בתחריט פלזמה כדי לחתוך במהלך תהליך הייצור (Fab). חיתוך פלזמה משתמש בחומרים חצי גזים במקום נוזלים, כך שההשפעה על הסביבה קטנה יחסית. ושיטת החיתוך של כל הפרוסה בבת אחת מאומצת, כך שמהירות ה"חיתוך" מהירה יחסית. עם זאת, שיטת הפלזמה משתמשת בגז תגובה כימית כחומר גלם, ותהליך התחריט הוא מאוד מסובך, ולכן זרימת התהליך שלו מסורבלת יחסית. אך בהשוואה לחיתוך "להב" וחיתוך לייזר, חיתוך פלזמה אינו גורם נזק למשטח הפרוסות, ובכך מפחית את שיעור הפגמים ומשיג יותר שבבים.

לאחרונה, מאז עובי הפרוסים הצטמצם ל-30μm, ומשתמשים בהרבה נחושת (Cu) או חומרים בעלי קבוע דיאלקטרי נמוך (Low-k). לכן, על מנת למנוע כתמים (Burr), יועדפו גם שיטות חיתוך פלזמה. כמובן שגם טכנולוגיית חיתוך פלזמה מתפתחת ללא הרף. אני מאמין שבעתיד הקרוב, יום אחד לא יהיה צורך לחבוש מסכה מיוחדת בעת תחריט, כי זהו כיוון פיתוח מרכזי של חיתוך פלזמה.

מכיוון שעובי הפרוסים הצטמצם ברציפות מ-100 מיקרומטר ל-50 מיקרומטר ולאחר מכן ל-30 מיקרומטר, שיטות החיתוך לקבלת שבבים עצמאיים השתנו והתפתחו גם מחיתוך "שבירה" ו"להב" לחיתוך לייזר וחיתוך פלזמה. למרות ששיטות החיתוך הבוגרות יותר הגדילו את עלות הייצור של תהליך החיתוך עצמו, מצד שני, על ידי הפחתה משמעותית של התופעות הלא רצויות כגון קילוף ופיצוח המתרחשות לעיתים קרובות בחיתוך שבבי מוליכים למחצה והגדלת מספר השבבים המתקבלים ליחידת רקיק. , עלות הייצור של שבב בודד הראתה מגמת ירידה. כמובן שהעלייה במספר השבבים המתקבלים ליחידת שטח של הרקיק קשורה קשר הדוק לצמצום הרוחב של רחוב החיתוך. באמצעות חיתוך פלזמה, ניתן להשיג כמעט 20% יותר שבבים בהשוואה לשימוש בשיטת חיתוך "להב", וזו גם הסיבה העיקרית לכך שאנשים בוחרים בחיתוך פלזמה. עם הפיתוח והשינויים של פרוסות, מראה השבבים ושיטות האריזה, צצים גם תהליכי חיתוך שונים כמו טכנולוגיית עיבוד פרוסות ו-DBG.