В производстве полупроводников кремниевая пластина является основой, на которой изготавливаются тысячи или даже миллионы интегральных схем.после завершения фронтальных процессов, таких как литография, осаждения, гравировки, имплантации ионов и металлизации, пластина по-прежнему является большой круговой подложкой, содержащей несколько отдельных полупроводниковых устройств.

Для преобразования этого пластинки в отдельные функциональные чипы необходим критический шаг производства, называемый обрезкой пластинки.

Нарезка вафлиявляется процессом точной резки полупроводниковой пластины в отдельные штампы при одновременном минимизации повреждений, поддержании качества края и обеспечении высокой производительности.Поскольку полупроводниковые устройства становятся меньше и более продвинутыми, технология расшифровки пластинок становится все более важной для таких приложений, как процессоры, чипы памяти, силовые устройства, MEMS, датчики, светодиоды и передовые упаковки.

В этой статье объясняются принципы, основные методы, этапы процесса, проблемы и будущие тенденции в области технологии нарезки пластинок.

1Что такое вафли?

Огранка пластин - это процесс отделения полупроводников, который разрезает обработанный пластин в отдельные полупроводниковые штампы (чипы).

Завершенная пластина обычно содержит сотни или тысячи повторяющихся моделей устройств, расположенных в сетке.

Целью разбивки вафли в куски является:

• Отделить отдельные чипы от пластины
• Сохранить электрическую производительность каждой матрицы
• Снижение механических повреждений
• Сохранение высокой производительности производства
• Подготовить чипы для упаковки и сборки

После разбивки в кусочки, отдельные штампы обычно переходят на следующие этапы:

Проверка штампа → сортировка штампа → упаковка → испытания → конечный полупроводниковый продукт

2Позиция вафлеров в полупроводниковом производстве

Процесс производства полупроводников обычно можно разделить на три основных этапа:

Фронт-энд производство

Фронт-энд-процессы создают полупроводниковые устройства на поверхности пластины.

Типичные шаги включают:

• Очистка вафелей
• Окисление
• Осаждение тонкой пленки
• Фотолитография
• Гравирование
• Имплантация ионов
• Металлическая взаимосвязь

На этом этапе пластина содержит несколько завершенных схем, но остается одним большим подложкой.

Производство на заднем плане

Деление вафли на кусочки относится к процессу бэк-энда.

Основные шаги включают:

1. Проверка пластин
2. Установка пластин
3. Расщепление пластин (при необходимости)
4. Нарезка вафли
5. Уборка на матрице
6. Проверка на стенде
7. Опаковка

Упаковка и сборка

После нарезания на куски:

• Отдельные матрицы прикрепляются к упаковкам.
• Создаются электрические соединения
• Добавляются защитные конструкции

Примеры:

• Пакеты для склеивания проволоки
• Пакеты на флип-чипах
• Опаковка на уровне вафли
• 2.5D и 3D передовые упаковки

3Почему разбивка вафли является критическим процессом

Несмотря на то, что резка в квадраты кажется простой операцией, она напрямую влияет на производительность полупроводников и стоимость производства.

3.1 Влияние на доходность

Нельзя использовать поврежденную форму.

К распространенным дефектам, связанным с кусками, относятся:

• Окрашивание краев
• Разрывы
• Деламинирование
• Загрязнение поверхности
• Повреждение металлического слоя

Даже небольшое увеличение уровня дефектов может существенно повлиять на затраты на производство полупроводников.

3.2 Требования к размеру меньшего устройства

Современные технологии полупроводников требуют:

• Меньшие габариты
• Узкие проезды
• Более высокая точность

Усовершенствованные процессоры и устройства памяти часто содержат чрезвычайно плотные структуры, требующие точности резки на микроном уровне.

3.3 Материальные проблемы

Различные полупроводниковые материалы имеют различные механические свойства.

Например:

4. Основные методы разбивки вафли

Используется несколько технологий отделения пластин в зависимости от материала, толщины, структуры устройства и требований к применению.

4.1 Обрезка лезвия

Срезка лезвием является наиболее широко используемым методом резки пластин.

Рабочий принцип

Высокоскоростное вращающееся алмазное лезвие физически перерезает пластинку вдоль обозначенных режущих полос.

Острие содержит алмазные частицы, которые обеспечивают высокую эффективность резки.

Типичный процесс:

1. Пластинка для монтажа на ленте
2. Выровнять путь резки
3. Поворачивать бриллиантовое лезвие на высокой скорости
4. Нанести охлаждающую воду
5. Разрезать пластинку на отдельные формы

Преимущества

• Зрелые технологии
• Высокая эффективность производства
• Подходит для многих кремниевых пластин
• Более низкие затраты на оборудование

Ограничения

• Производство механического напряжения
• Резание мусора
• Износ лезвия
• Ограничение для сверхтонких пластин

Осколочная резьба остается доминирующей во многих заводах по производству полупроводников из-за ее надежности и экономичности.

4.2 Лазерная резка

Лазерная резьба использует сфокусированную лазерную энергию для разделения полупроводниковых пластин.

Существует несколько подходов:

Лазерная резка поверхности

Лазер непосредственно удаляет материал вдоль режущих путей.

Стелс-дикинг

Лазер создает внутренние модифицированные слои внутри пластины без повреждения поверхности.

Затем пластина отделяется с помощью контролируемого механического расширения.

Преимущества

• Снижение механического напряжения
• Узкая ширина резки
• Подходит для тонких пластин
• Повреждение нижнего края

Заявления

Лазерная резьба широко используется для:

• Устройства MEMS
• Сенсоры изображения
• Продвинутая упаковка
• Тонкие полупроводниковые пластины

4.3 Разбивка плазмы

Плазменная резьба использует технологию плазменного гравирования для отделения штампов.

Вместо механической резки плазма химически удаляет полупроводниковый материал.

Преимущества

• Чрезвычайно узкая ширина ребра
• Минимальное механическое напряжение
• Подходит для сложных конструкций пластин

Проблемы

• Более высокие инвестиции в оборудование
• Более сложный контроль процессов

5. Процесс разделения пластинок

Типичный процесс нарезки пластинок включает следующие этапы.

Шаг 1: Проверка пластин

Перед нарезанием пластинки проверяют на наличие:

• Дефекты поверхности
• Точность выравнивания
• Качество узора
• Существующий ущерб

Усовершенствованные системы инспекции могут использовать:

• Оптическая микроскопия
• Лазерная инспекция
• Автоматическое обнаружение дефектов

Шаг 2: Установка пластинки

Вафля крепится к рамке с помощью специальной клеевой ленты.

На пленке написано:

• Механическая поддержка
• Способность удерживания пленки
• Защита при резке

Шаг 3: Выравнивание пластин

Машина для выделения кусков определяет:

• Ориентация пластины
• Знаки выравнивания
• Снижение улиц

Высокая точность выравнивания обеспечивает точное разделение.

Шаг 4: Процесс резки

Пластинка отделяется по заранее определенным режущим полосам.

К важным параметрам относятся:

• Скорость лезвия
• Количество кормов
• Глубина резки
• Условия охлаждения
• Контроль вибрации

Шаг 5: Уборка

После нарезания пластинки могут содержать:

• Частицы кремния
• Резание мусора
• Загрязнение металлами

Очистка убирает нежелательные частицы перед обращением.

Шаг 6: Проверка

Каждый штамп проверяется на наличие:

• Разрывы
• Качество края
• Загрязнение поверхности
• Точность измерений

Неисправные штампы удаляются перед упаковкой.

6. Важные параметры разбивки вафли

Ширина ребра

Ширина резки относится к ширине материала, удаленного во время резки.

Уменьшенный ремень позволяет:

• Больше марок на вафлю
• Более высокое использование пластин
• Более низкие издержки производства

Размер отломок

Осколки относятся к небольшим переломам на краях пластины.

Большие чипы могут вызвать:

• Проблемы надежности
• Неисправности упаковки

Точность резки

Высокая точность резки обеспечивает:

• Правильные габариты
• Улучшение совместимости упаковки

Повреждения поверхности

Чрезмерное напряжение при резке может привести к:

• Микро трещины
• Дефекты кристаллов
• Вопросы электрической надежности

7. Проблемы в передовой вафельной резке

7.1 Обработка сверхтонких пластин

Современные полупроводниковые устройства все чаще используют тонкие пластины.

Необходимые препятствия включают:

• Разрыв пластинки
• Трудности с обращением
• Управление оболочкой

7.2 Жесткие полупроводниковые материалы

Материалы с широким диапазоном, такие как SiC и сапфир, трудно разрезать из-за их высокой твердости.

Например:

SiC обладает отличными электрическими и тепловыми свойствами, но требует специализированных методов нанесения кусков из-за:

• Высокая твердость
• Высокая ломкость
• Сильная кристаллическая структура

7.3 Усовершенствованные требования к упаковке

Технологии, такие как:

• Чиплетная архитектура
• Память с высокой пропускной способностью (HBM)
• Интеграция 3D

требуют:

• Маленькие смерти
• Лучшее качество края
• Высокая точность разделения

8. Будущие тенденции в области технологии разделения вафли

8.1 Разделение на основе лазера

Лазерные технологии будут продолжать расти, потому что они обеспечивают:

• Более низкий ущерб
• Более высокая точность
• Лучшая совместимость с тонкими пластинами

8.2 Управление процессом на основе ИИ

Искусственный интеллект внедряется для:

• Выявление дефектов
• Оптимизация параметров резки
• Улучшение урожайности

8.3 Переработка передовых материалов

Будущие технологии нанесения кусков должны поддерживать:

• Вафли с Си-Си
• Вафли с GaN
• Сапфировые субстраты
• Стеклянные интерпосаторы

для электронного оборудования следующего поколения.

Заключение

Обрезка пластин - это важный процесс производства полупроводников, который преобразует готовый пластин в отдельные полупроводниковые чипы.требует повышенного контроля механического напряжения, точное выравнивание, свойства материалов и управление загрязнением.

Традиционная резьба лезвием по-прежнему широко используется из-за ее зрелости и эффективности, в то время как лазерная резьба и плазменная резьба становятся все более важными для передовых приложений полупроводников.

Поскольку полупроводниковые устройства продолжают развиваться в направлении меньшей геометрии, более высокой плотности мощности и передовой архитектуры упаковки, технология срезки пластинок останется ключевым фактором в улучшении производительности чипа,надежность и производительность производства.