OpłatekCięcie jest jednym z ważnych ogniw w produkcji półprzewodników mocy. Ten etap ma na celu dokładne oddzielenie poszczególnych układów scalonych lub chipów od płytek półprzewodnikowych.
Klucz doopłatekcięcie polega na możliwości oddzielenia poszczególnych wiórów przy jednoczesnym zapewnieniu, że delikatne struktury i obwody osadzone wopłateknie są uszkodzone. Sukces lub niepowodzenie procesu cięcia nie tylko wpływa na jakość separacji i wydajność wióra, ale jest również bezpośrednio powiązane z wydajnością całego procesu produkcyjnego.
▲Trzy popularne rodzaje cięcia wafli | Źródło: KLA CHINY
Obecnie pospoliteopłatekprocesy cięcia dzielą się na:
Cięcie ostrzem: niski koszt, zwykle używane do grubszychwafle
Cięcie laserowe: wysokie koszty, zwykle stosowane do płytek o grubości większej niż 30 μm
Cięcie plazmowe: wysoki koszt, więcej ograniczeń, zwykle stosowane do płytek o grubości mniejszej niż 30μm
Mechaniczne cięcie ostrzami
Cięcie ostrza to proces cięcia wzdłuż linii rysy za pomocą szybko obracającej się tarczy szlifierskiej (ostrza). Ostrze jest zwykle wykonane z materiału ściernego lub ultracienkiego materiału diamentowego, odpowiedniego do cięcia lub rowkowania płytek krzemowych. Jednakże, jako metoda cięcia mechanicznego, cięcie ostrzami opiera się na fizycznym usuwaniu materiału, co może łatwo prowadzić do odprysków lub pęknięć krawędzi wióra, wpływając w ten sposób na jakość produktu i zmniejszając wydajność.
Na jakość produktu końcowego powstałego w procesie cięcia mechanicznego wpływa wiele parametrów, w tym prędkość cięcia, grubość ostrza, średnica ostrza i prędkość obrotowa ostrza.
Cięcie pełne to najbardziej podstawowa metoda cięcia nożem, która całkowicie przecina obrabiany przedmiot poprzez cięcie do stałego materiału (np. taśmy tnącej).
▲ Mechaniczne ostrze tnące-pełne | Sieć źródeł obrazu
Half-cut to metoda obróbki polegająca na wytworzeniu rowka poprzez cięcie do środka przedmiotu obrabianego. Dzięki ciągłemu wykonywaniu procesu rowkowania można wytwarzać ostrza w kształcie grzebieni i igieł.
▲ Mechaniczne ostrze tnące na pół | Sieć źródeł obrazu
Podwójne cięcie to metoda przetwarzania, która wykorzystuje podwójną piłę krajalniczą z dwoma wrzecionami do wykonywania pełnych lub półcięć na dwóch liniach produkcyjnych jednocześnie. Piła dwukrojna posiada dwie osie wrzeciona. Dzięki temu procesowi można osiągnąć wysoką przepustowość.
▲ Mechaniczne cięcie nożem – podwójne cięcie | Sieć źródeł obrazu
Cięcie stopniowe wykorzystuje podwójną piłę do krojenia z dwoma wrzecionami, która umożliwia wykonywanie cięć pełnych i półciętych w dwóch etapach. Aby uzyskać wysoką jakość przetwarzania, należy używać ostrzy zoptymalizowanych do przecinania warstwy okablowania na powierzchni płytki oraz ostrzy zoptymalizowanych pod kątem pozostałego monokryształu krzemu.
▲ Mechaniczne cięcie ostrzami – cięcie stopniowe | Sieć źródeł obrazu
Cięcie ukośne to metoda przetwarzania, w której wykorzystuje się ostrze z krawędzią w kształcie litery V na półprzyciętej krawędzi do cięcia wafla w dwóch etapach podczas procesu cięcia schodkowego. Proces fazowania wykonywany jest podczas procesu skrawania. Dlatego można osiągnąć wysoką wytrzymałość formy i wysoką jakość przetwarzania.
▲ Mechaniczne cięcie ostrzami – cięcie ukośne | Sieć źródeł obrazu
Cięcie laserowe
Cięcie laserowe to bezdotykowa technologia cięcia płytek półprzewodnikowych, która wykorzystuje skupioną wiązkę lasera do oddzielania pojedynczych chipów od płytek półprzewodnikowych. Wysokoenergetyczna wiązka lasera skupia się na powierzchni płytki i odparowuje lub usuwa materiał wzdłuż określonej linii cięcia poprzez procesy ablacji lub rozkładu termicznego.
▲ Schemat cięcia laserowego | Źródło obrazu: KLA CHINY
Do powszechnie stosowanych typów laserów należą lasery ultrafioletowe, lasery podczerwone i lasery femtosekundowe. Wśród nich lasery ultrafioletowe są często wykorzystywane do precyzyjnej ablacji na zimno ze względu na ich wysoką energię fotonów, a strefa wpływu ciepła jest wyjątkowo mała, co może skutecznie zmniejszyć ryzyko uszkodzenia termicznego płytki i otaczających ją wiórów. Lasery na podczerwień lepiej nadają się do grubszych płytek, ponieważ mogą wnikać głęboko w materiał. Lasery femtosekundowe zapewniają wysoką precyzję i skuteczność usuwania materiału przy niemal znikomym przenoszeniu ciepła poprzez ultrakrótkie impulsy świetlne.
Cięcie laserowe ma znaczną przewagę nad tradycyjnym cięciem ostrzami. Po pierwsze, jako proces bezkontaktowy, cięcie laserowe nie wymaga fizycznego nacisku na płytkę, co zmniejsza problemy z fragmentacją i pękaniem typowe dla cięcia mechanicznego. Ta cecha sprawia, że cięcie laserowe szczególnie nadaje się do obróbki delikatnych lub ultracienkich płytek, szczególnie tych o złożonej strukturze lub drobnych cechach.
▲ Schemat cięcia laserowego | Sieć źródeł obrazu
Ponadto wysoka precyzja i dokładność cięcia laserowego umożliwia skupienie wiązki lasera na wyjątkowo małej wielkości plamki, obsługę skomplikowanych wzorów cięcia i osiągnięcie separacji minimalnych odstępów między wiórami. Cecha ta jest szczególnie istotna w przypadku zaawansowanych urządzeń półprzewodnikowych o malejących rozmiarach.
Cięcie laserowe ma jednak również pewne ograniczenia. W porównaniu z cięciem ostrzowym jest ono wolniejsze i droższe, zwłaszcza przy produkcji na dużą skalę. Ponadto wybór odpowiedniego typu lasera i optymalizacja parametrów w celu zapewnienia skutecznego usuwania materiału i minimalnej strefy wpływu ciepła może być wyzwaniem w przypadku niektórych materiałów i grubości.
Cięcie ablacyjne laserem
Podczas cięcia ablacją laserową wiązka lasera jest precyzyjnie skupiana w określonym miejscu na powierzchni wafla, a energia lasera prowadzona jest według zadanego wzoru cięcia, stopniowo przecinając wafel aż do jego dna. W zależności od wymagań cięcia operacja ta wykonywana jest za pomocą lasera impulsowego lub lasera o fali ciągłej. Aby zapobiec uszkodzeniu płytki na skutek nadmiernego, miejscowego nagrzania lasera, stosuje się wodę chłodzącą, która schładza i zabezpiecza płytkę przed uszkodzeniami termicznymi. Jednocześnie woda chłodząca może również skutecznie usuwać cząstki powstałe w procesie cięcia, zapobiegać zanieczyszczeniom i zapewniać jakość cięcia.
Laserowe niewidoczne cięcie
Laser można również skupić w celu przekazania ciepła do głównego korpusu płytki, metodą zwaną „niewidzialnym cięciem laserowym”. W przypadku tej metody ciepło lasera tworzy szczeliny w ścieżkach rysika. Te osłabione obszary osiągają następnie podobny efekt penetracji poprzez pękanie podczas rozciągania płytki.
▲ Główny proces niewidocznego cięcia laserowego
Niewidoczny proces cięcia to proces wykorzystujący laser absorpcyjny wewnętrzny, a nie ablację laserową, w której laser jest absorbowany na powierzchni. W przypadku niewidocznego cięcia wykorzystywana jest energia wiązki lasera o długości fali, która jest półprzezroczysta dla materiału podłoża płytki. Proces dzieli się na dwa główne etapy, jeden to proces wykorzystujący laser, a drugi to proces separacji mechanicznej.
▲ Wiązka laserowa tworzy perforację pod powierzchnią płytki, która nie ma wpływu na przednią i tylną stronę | Sieć źródeł obrazu
W pierwszym etapie, gdy wiązka lasera skanuje płytkę, wiązka lasera skupia się na określonym punkcie wewnątrz płytki, tworząc w jej wnętrzu punkt pęknięcia. Energia wiązki powoduje, że wewnątrz tworzy się szereg pęknięć, które nie rozeszły się jeszcze przez całą grubość płytki do powierzchni górnej i dolnej.
▲Porównanie płytek krzemowych o grubości 100μm ciętych metodą ostrza i metodą cięcia laserowego niewidocznego | Sieć źródeł obrazu
W drugim etapie taśma wiórowa znajdująca się na spodzie płytki ulega fizycznemu rozszerzeniu, co powoduje powstanie naprężeń rozciągających w pęknięciach wewnątrz płytki, które w pierwszym etapie indukowane są w procesie laserowym. Naprężenie to powoduje, że pęknięcia rozciągają się pionowo do górnej i dolnej powierzchni płytki, a następnie rozdzielają płytkę na wióry wzdłuż tych punktów cięcia. W niewidocznym cięciu zwykle stosuje się półcięcie lub półcięcie od spodu, aby ułatwić rozdzielenie wafli na wióry lub wióry.
Kluczowe zalety niewidocznego cięcia laserowego w porównaniu z ablacją laserową:
• Nie wymaga chłodziwa
• Nie powstają żadne zanieczyszczenia
• Brak stref wpływu ciepła, które mogłyby uszkodzić wrażliwe obwody
Cięcie plazmowe
Cięcie plazmowe (znane również jako trawienie plazmowe lub trawienie na sucho) to zaawansowana technologia cięcia płytek, która wykorzystuje trawienie jonami reaktywnymi (RIE) lub głębokie trawienie jonami reaktywnymi (DRIE) w celu oddzielenia pojedynczych chipów od płytek półprzewodnikowych. Technologia polega na cięciu poprzez chemiczne usuwanie materiału wzdłuż ustalonych linii cięcia za pomocą plazmy.
Podczas procesu cięcia plazmowego płytkę półprzewodnikową umieszcza się w komorze próżniowej, do komory wprowadza się kontrolowaną mieszaninę gazów reaktywnych, a następnie przykłada pole elektryczne w celu wytworzenia plazmy zawierającej wysokie stężenie reaktywnych jonów i rodników. Te reaktywne związki oddziałują z materiałem waflowym i selektywnie usuwają materiał waflowy wzdłuż linii rysy w wyniku połączenia reakcji chemicznej i rozpylania fizycznego.
Główną zaletą cięcia plazmowego jest to, że zmniejsza naprężenia mechaniczne płytki i chipa oraz zmniejsza potencjalne uszkodzenia spowodowane kontaktem fizycznym. Proces ten jest jednak bardziej złożony i czasochłonny niż inne metody, szczególnie w przypadku grubszych płytek lub materiałów o dużej odporności na trawienie, dlatego jego zastosowanie w produkcji masowej jest ograniczone.
▲Sieć źródłowa obrazu
W produkcji półprzewodników metodę cięcia płytek należy wybrać na podstawie wielu czynników, w tym właściwości materiału płytki, rozmiaru i geometrii chipa, wymaganej precyzji i dokładności oraz całkowitego kosztu i wydajności produkcji.
Czas publikacji: 20 września 2024 r