A bánh xốpphải trải qua ba lần thay đổi để trở thành một con chip bán dẫn thực sự: đầu tiên, thỏi hình khối được cắt thành tấm wafer; trong quy trình thứ hai, các bóng bán dẫn được khắc ở mặt trước của tấm bán dẫn thông qua quy trình trước đó; cuối cùng, việc đóng gói được thực hiện, nghĩa là thông qua quá trình cắt,bánh xốptrở thành một con chip bán dẫn hoàn chỉnh. Có thể thấy, quy trình đóng gói thuộc quy trình back-end. Trong quá trình này, wafer sẽ được cắt thành nhiều chip riêng lẻ hình lục giác. Quá trình thu được các chip độc lập này được gọi là “Singulation”, và quá trình cưa tấm wafer thành các hình khối độc lập được gọi là “cắt wafer (Cưa khuôn)”. Gần đây, với sự cải tiến của việc tích hợp chất bán dẫn, độ dày củabánh xốpngày càng mỏng hơn, điều này tất nhiên mang lại rất nhiều khó khăn cho quá trình “hát”.
Sự phát triển của việc cắt lát wafer
Các quy trình front-end và back-end đã phát triển thông qua tương tác theo nhiều cách khác nhau: sự phát triển của các quy trình back-end có thể xác định cấu trúc và vị trí của các chip nhỏ hình lục giác được tách ra khỏi khuôn trênbánh xốp, cũng như cấu trúc và vị trí của các miếng đệm (đường kết nối điện) trên tấm bán dẫn; ngược lại, sự phát triển của các quy trình front-end đã thay đổi quy trình và phương phápbánh xốplàm mỏng mặt sau và "chế biến" trong quy trình back-end. Do đó, sự xuất hiện ngày càng tinh vi của gói sẽ có tác động lớn đến quá trình back-end. Hơn nữa, số lượng, quy trình và kiểu thái hạt lựu cũng sẽ thay đổi tương ứng theo sự thay đổi về hình thức bên ngoài của gói hàng.
Người ghi chép
Thời kỳ đầu, “phá” bằng ngoại lực là phương pháp thái hạt lựu duy nhất có thể chia đượcbánh xốpthành khối lục giác chết. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là sứt mẻ hoặc nứt mép phoi nhỏ. Ngoài ra, do các gờ trên bề mặt kim loại chưa được loại bỏ hoàn toàn nên bề mặt cắt cũng rất thô.
Để giải quyết vấn đề này, phương pháp cắt “Scribing” ra đời, tức là trước khi “phá vỡ”, bề mặt của tấmbánh xốpđược cắt đến khoảng một nửa độ sâu. “Scribing”, như tên cho thấy, đề cập đến việc sử dụng một bánh công tác để cưa trước (cắt một nửa) mặt trước của tấm bán dẫn. Trong những ngày đầu, hầu hết các tấm wafer có kích thước dưới 6 inch đều sử dụng phương pháp cắt đầu tiên là “cắt” giữa các chip rồi sau đó “bẻ”.
Cắt lưỡi hoặc cưa lưỡi
Phương pháp cắt “Scribing” dần dần phát triển thành phương pháp cắt (hoặc cưa) “Blade dicing”, là phương pháp cắt bằng lưỡi dao hai hoặc ba lần liên tiếp. Phương pháp cắt “Blade” có thể khắc phục hiện tượng phoi nhỏ bong ra khi “gãy” sau khi “vẽ nguệch ngoạc”, đồng thời có thể bảo vệ phoi nhỏ trong quá trình “chữ”. Cắt “lưỡi dao” khác với cách cắt “cắt hạt lựu” trước đó, tức là sau khi cắt “lưỡi dao” không phải là “gãy” mà là cắt lại bằng lưỡi dao. Vì vậy, nó còn được gọi là phương pháp “cắt từng bước”.
Để bảo vệ tấm wafer khỏi những hư hỏng bên ngoài trong quá trình cắt, một lớp màng sẽ được dán trước lên tấm wafer để đảm bảo việc “đơn lẻ” an toàn hơn. Trong quá trình “mài ngược”, màng sẽ được gắn vào mặt trước của tấm wafer. Nhưng ngược lại, khi cắt “lưỡi dao”, màng phải được gắn vào mặt sau của tấm bán dẫn. Trong quá trình liên kết khuôn eutectic (liên kết khuôn, cố định các chip riêng biệt trên PCB hoặc khung cố định), màng được gắn vào mặt sau sẽ tự động rơi ra. Do có độ ma sát cao trong quá trình cắt nên nước DI cần được phun liên tục từ mọi hướng. Ngoài ra, cánh quạt nên được gắn thêm các hạt kim cương để có thể cắt lát tốt hơn. Lúc này, vết cắt (độ dày lưỡi dao: chiều rộng rãnh) phải đồng đều và không được vượt quá chiều rộng của rãnh thái hạt lựu.
Từ lâu, cưa là phương pháp cắt truyền thống được sử dụng rộng rãi nhất. Ưu điểm lớn nhất của nó là có thể cắt một số lượng lớn tấm wafer trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, nếu tốc độ nạp lát cắt tăng lên nhiều thì khả năng bong tróc mép chiplet sẽ tăng lên. Vì vậy, số vòng quay của bánh công tác cần được kiểm soát ở mức khoảng 30.000 vòng/phút. Có thể thấy, công nghệ của quá trình bán dẫn thường là một bí mật được tích lũy dần dần qua một thời gian dài tích lũy và thử nghiệm và sai sót (trong phần tiếp theo về liên kết eutectic chúng ta sẽ thảo luận về nội dung về cắt và DAF).
Cắt hạt lựu trước khi mài (DBG): trình tự cắt đã thay đổi phương pháp
Khi thực hiện cắt bằng lưỡi trên tấm bán dẫn có đường kính 8 inch, bạn không cần phải lo lắng về hiện tượng bong tróc hoặc nứt cạnh chiplet. Nhưng khi đường kính wafer tăng lên 21 inch và độ dày trở nên cực kỳ mỏng, hiện tượng bong tróc và nứt bắt đầu xuất hiện trở lại. Để giảm đáng kể tác động vật lý lên tấm bán dẫn trong quá trình cắt, phương pháp “cắt hạt lựu trước khi mài” DBG thay thế trình tự cắt truyền thống. Không giống như phương pháp cắt “lưỡi dao” truyền thống là cắt liên tục, DBG trước tiên thực hiện cắt “lưỡi dao”, sau đó làm mỏng dần độ dày tấm wafer bằng cách liên tục làm mỏng mặt sau cho đến khi chip được tách ra. Có thể nói DBG là phiên bản nâng cấp của phương pháp cắt “lưỡi dao” trước đây. Bởi vì nó có thể làm giảm tác động của lần cắt thứ hai nên phương pháp DBG đã nhanh chóng được phổ biến rộng rãi trong “đóng gói ở cấp độ wafer”.
Cắt laser
Quy trình đóng gói quy mô chip cấp độ wafer (WLCSP) chủ yếu sử dụng cắt laser. Cắt laser có thể làm giảm hiện tượng bong tróc, nứt vỡ, từ đó thu được chip có chất lượng tốt hơn, tuy nhiên khi độ dày wafer lớn hơn 100μm thì năng suất sẽ giảm đi rất nhiều. Vì vậy, nó chủ yếu được sử dụng trên các tấm wafer có độ dày dưới 100μm (tương đối mỏng). Cắt laser cắt silicon bằng cách chiếu tia laser năng lượng cao vào rãnh khía của tấm bán dẫn. Tuy nhiên, khi sử dụng phương pháp cắt laser thông thường (Conventional Laser) thì phải dán trước một lớp màng bảo vệ lên bề mặt wafer. Bởi vì làm nóng hoặc chiếu xạ bề mặt wafer bằng tia laser nên các tiếp xúc vật lý này sẽ tạo ra các rãnh trên bề mặt wafer và các mảnh silicon bị cắt cũng sẽ bám dính vào bề mặt. Có thể thấy, phương pháp cắt laser truyền thống cũng cắt trực tiếp bề mặt của wafer, và về mặt này, nó tương tự như phương pháp cắt “lưỡi dao”.
Stealth Dicing (SD) là phương pháp đầu tiên cắt bên trong tấm wafer bằng năng lượng laser, sau đó tác dụng áp lực bên ngoài lên băng dính ở mặt sau để phá vỡ nó, từ đó tách chip ra. Khi có áp lực tác dụng lên băng ở mặt sau, tấm bán dẫn sẽ ngay lập tức được nâng lên trên do băng bị kéo căng, từ đó tách chip ra. Ưu điểm của SD so với phương pháp cắt laser truyền thống là: thứ nhất, không có mảnh vụn silicon; thứ hai, rãnh khía (Kerf: chiều rộng của rãnh khía) hẹp nên có thể thu được nhiều phoi hơn. Ngoài ra, hiện tượng bong tróc và nứt sẽ giảm đáng kể khi sử dụng phương pháp SD, điều này rất quan trọng đối với chất lượng tổng thể của vết cắt. Vì vậy, phương pháp SD rất có thể sẽ trở thành công nghệ phổ biến nhất trong tương lai.
Cắt plasma
Cắt plasma là công nghệ được phát triển gần đây sử dụng phương pháp khắc plasma để cắt trong quá trình sản xuất (Fab). Cắt plasma sử dụng vật liệu bán khí thay vì chất lỏng nên tác động đến môi trường tương đối nhỏ. Và phương pháp cắt toàn bộ tấm bán dẫn cùng một lúc được áp dụng nên tốc độ “cắt” tương đối nhanh. Tuy nhiên, phương pháp plasma sử dụng khí phản ứng hóa học làm nguyên liệu thô và quá trình ăn mòn rất phức tạp nên quy trình của nó tương đối cồng kềnh. Nhưng so với cắt “lưỡi dao” và cắt laser, cắt plasma không gây hư hỏng bề mặt wafer, do đó làm giảm tỷ lệ lỗi và thu được nhiều chip hơn.
Gần đây, do độ dày của tấm bán dẫn đã giảm xuống còn 30μm nên rất nhiều vật liệu đồng (Cu) hoặc vật liệu có hằng số điện môi thấp (Low-k) được sử dụng. Vì vậy, để hạn chế hiện tượng ba via (Burr), phương pháp cắt plasma cũng sẽ được ưa chuộng. Tất nhiên, công nghệ cắt plasma cũng không ngừng phát triển. Tôi tin rằng trong tương lai gần, một ngày nào đó sẽ không cần phải đeo mặt nạ đặc biệt khi khắc, vì đây là hướng phát triển chính của cắt plasma.
Do độ dày của tấm bán dẫn liên tục giảm từ 100μm xuống 50μm và sau đó xuống 30μm, các phương pháp cắt để thu được các chip độc lập cũng đang thay đổi và phát triển từ cắt “phá vỡ” và cắt “lưỡi dao” sang cắt laser và cắt plasma. Mặc dù các phương pháp cắt ngày càng hoàn thiện đã làm tăng chi phí sản xuất của chính quá trình cắt, mặt khác, bằng cách giảm đáng kể các hiện tượng không mong muốn như bong tróc và nứt thường xảy ra trong quá trình cắt chip bán dẫn và tăng số lượng chip thu được trên mỗi đơn vị wafer. , chi phí sản xuất của một con chip đơn lẻ đã có xu hướng giảm. Tất nhiên, sự gia tăng số lượng chip thu được trên một đơn vị diện tích của tấm bán dẫn có liên quan chặt chẽ đến việc giảm chiều rộng của đường cắt hạt. Sử dụng cắt plasma, có thể thu được nhiều chip hơn gần 20% so với sử dụng phương pháp cắt “lưỡi dao”, đây cũng là lý do chính khiến mọi người chọn cắt plasma. Với sự phát triển và thay đổi của tấm bán dẫn, hình thức chip và phương pháp đóng gói, các quy trình cắt khác nhau như công nghệ xử lý tấm bán dẫn và DBG cũng đang xuất hiện.
Thời gian đăng: Oct-10-2024