Technologia krojenia płytek, będąca krytycznym krokiem w procesie produkcji półprzewodników, jest bezpośrednio powiązana z wydajnością, wydajnością i kosztami produkcji chipów.
#01 Tło i znaczenie krojenia wafli w kostkę
1.1 Definicja krojenia wafla
Krojenie płytek w kostkę (znane również jako trasowanie) to istotny krok w produkcji półprzewodników, mający na celu podzielenie przetworzonych płytek na wiele pojedynczych matryc. Te matryce zazwyczaj zawierają pełną funkcjonalność obwodów i są podstawowymi komponentami ostatecznie wykorzystywanymi w produkcji urządzeń elektronicznych. W miarę jak projekty chipów stają się coraz bardziej złożone, a wymiary stale się kurczą, wymagania dotyczące precyzji i wydajności technologii krojenia wafli stają się coraz bardziej rygorystyczne.
W praktycznych operacjach do krojenia wafli zazwyczaj wykorzystuje się precyzyjne narzędzia, takie jak tarcze diamentowe, aby zapewnić, że każda matryca pozostanie nienaruszona i w pełni funkcjonalna. Kluczowe etapy obejmują przygotowanie przed cięciem, precyzyjną kontrolę podczas procesu cięcia i kontrolę jakości po cięciu.
Przed cięciem płytkę należy oznaczyć i ustawić tak, aby zapewnić dokładne ścieżki cięcia. Podczas cięcia parametry takie jak docisk narzędzia i prędkość muszą być ściśle kontrolowane, aby zapobiec uszkodzeniu płytki. Po cięciu przeprowadzana jest kompleksowa kontrola jakości, aby upewnić się, że każdy chip spełnia standardy wydajności.
Podstawowe zasady technologii krojenia wafli obejmują nie tylko dobór sprzętu do cięcia i ustalanie parametrów procesu, ale także wpływ właściwości mechanicznych i charakterystyki materiałów na jakość cięcia. Na przykład płytki krzemowe o niskim współczynniku dielektrycznym, ze względu na swoje gorsze właściwości mechaniczne, są bardzo podatne na koncentrację naprężeń podczas cięcia, co prowadzi do uszkodzeń, takich jak odpryski i pęknięcia. Niska twardość i kruchość materiałów o niskiej wartości k czyni je bardziej podatnymi na uszkodzenia strukturalne pod wpływem działania sił mechanicznych lub naprężeń termicznych, szczególnie podczas cięcia. Kontakt narzędzia z powierzchnią płytki w połączeniu z wysokimi temperaturami może dodatkowo zwiększyć koncentrację naprężeń.
Wraz z postępem w materiałoznawstwie technologia cięcia płytek waflowych wykroczyła poza tradycyjne półprzewodniki na bazie krzemu i objęła nowe materiały, takie jak azotek galu (GaN). Te nowe materiały, ze względu na swoją twardość i właściwości strukturalne, stawiają nowe wyzwania w procesach krojenia w kostkę, wymagając dalszych udoskonaleń narzędzi i technik skrawających.
Krojenie płytek w kostkę, będące procesem krytycznym w branży półprzewodników, jest w dalszym ciągu optymalizowane w odpowiedzi na zmieniające się wymagania i postęp technologiczny, kładąc podwaliny pod przyszłe technologie mikroelektroniki i układów scalonych.
Udoskonalenia technologii krojenia wafli wykraczają poza rozwój materiałów i narzędzi pomocniczych. Obejmują one również optymalizację procesów, poprawę wydajności sprzętu i precyzyjną kontrolę parametrów kostkowania. Udoskonalenia te mają na celu zapewnienie wysokiej precyzji, wydajności i stabilności procesu krojenia płytek w kostkę, spełniając zapotrzebowanie przemysłu półprzewodników na mniejsze wymiary, większą integrację i bardziej złożone struktury chipów.
| Obszar doskonalenia | Konkretne środki | Ruchomości |
| Optymalizacja procesów | - Usprawnij wstępne przygotowania, takie jak dokładniejsze pozycjonowanie płytek i planowanie ścieżki. | - Zmniejsz błędy cięcia i popraw stabilność. |
| - Zminimalizuj błędy cięcia i zwiększ stabilność. | - Zastosuj mechanizmy monitorowania w czasie rzeczywistym i sprzężenia zwrotnego, aby dostosować nacisk, prędkość i temperaturę narzędzia. | |
| - Niższy współczynnik pękania płytek i poprawa jakości wiórów. | ||
| Zwiększenie wydajności sprzętu | - Wykorzystuj precyzyjne systemy mechaniczne i zaawansowaną technologię automatycznego sterowania. | - Zwiększ dokładność cięcia i zmniejsz straty materiału. |
| - Wprowadzenie technologii cięcia laserowego odpowiedniej do płytek materiałowych o dużej twardości. | - Popraw wydajność produkcji i zmniejsz liczbę błędów ręcznych. | |
| - Zwiększenie automatyzacji sprzętu w celu automatycznego monitorowania i regulacji. | ||
| Precyzyjna kontrola parametrów | - Precyzyjnie dostosuj parametry, takie jak głębokość skrawania, prędkość, typ narzędzia i metody chłodzenia. | - Zapewnić integralność matrycy i parametry elektryczne. |
| - Dostosuj parametry w oparciu o materiał, grubość i strukturę płytki. | - Zwiększ wydajność, zmniejsz ilość odpadów materiałowych i obniż koszty produkcji. | |
| Znaczenie strategiczne | - Ciągłe odkrywanie nowych ścieżek technologicznych, optymalizacja procesów i ulepszanie możliwości sprzętu, aby sprostać wymaganiom rynku. | - Popraw wydajność i wydajność produkcji chipów, wspierając rozwój nowych materiałów i zaawansowanych projektów chipów. |
1.2 Znaczenie krojenia wafli w kostkę
Krojenie płytek w kostkę odgrywa kluczową rolę w procesie produkcji półprzewodników, bezpośrednio wpływając na kolejne etapy, a także na jakość i wydajność produktu końcowego. Jego znaczenie można szczegółowo opisać w następujący sposób:
Po pierwsze, dokładność i powtarzalność krojenia w kostkę są kluczem do zapewnienia wydajności i niezawodności wiórów. Podczas produkcji płytki poddawane są wielu etapom przetwarzania, w wyniku czego powstają liczne skomplikowane struktury obwodów, które należy precyzyjnie podzielić na poszczególne chipy (matryce). Jeśli podczas procesu krojenia w kostkę wystąpią znaczące błędy w wyrównaniu lub cięciu, obwody mogą zostać uszkodzone, co wpłynie na funkcjonalność i niezawodność chipa. Dlatego precyzyjna technologia krojenia w kostkę nie tylko zapewnia integralność każdego chipa, ale także zapobiega uszkodzeniom obwodów wewnętrznych, poprawiając ogólny współczynnik wydajności.
Po drugie, krojenie wafli ma istotny wpływ na efektywność produkcji i kontrolę kosztów. Jako kluczowy etap procesu produkcyjnego, jego wydajność bezpośrednio wpływa na przebieg kolejnych etapów. Optymalizując proces krojenia w kostkę, zwiększając poziom automatyzacji i poprawiając prędkość cięcia, można znacznie zwiększyć ogólną wydajność produkcji.
Z drugiej strony, marnotrawstwo materiału podczas krojenia w kostkę jest krytycznym czynnikiem w zarządzaniu kosztami. Stosowanie zaawansowanych technologii krojenia w kostkę nie tylko zmniejsza niepotrzebne straty materiału w procesie cięcia, ale także zwiększa wykorzystanie wafli, obniżając tym samym koszty produkcji.
Wraz z postępem w technologii półprzewodników średnice płytek stale rosną, a gęstość obwodów odpowiednio rośnie, co stawia wyższe wymagania technologii krojenia w kostkę. Większe płytki wymagają bardziej precyzyjnej kontroli ścieżek cięcia, szczególnie w obszarach obwodów o dużej gęstości, gdzie nawet niewielkie odchylenia mogą spowodować uszkodzenie wielu chipów. Ponadto większe wafle wymagają większej liczby linii cięcia i bardziej złożonych etapów procesu, co wymaga dalszych ulepszeń w zakresie precyzji, spójności i wydajności technologii krojenia w kostkę, aby sprostać tym wyzwaniom.
1.3 Proces krojenia wafla
Proces krojenia wafla obejmuje wszystkie etapy, od fazy przygotowania do końcowej kontroli jakości, przy czym każdy etap ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości i wydajności pokrojonych w kostkę chipsów. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie każdej fazy.
| Faza | Szczegółowy opis |
| Faza przygotowawcza | -Czyszczenie wafli: Używaj wody o wysokiej czystości i specjalistycznych środków czyszczących w połączeniu z szorowaniem ultradźwiękowym lub mechanicznym, aby usunąć zanieczyszczenia, cząstki i zanieczyszczenia, zapewniając czystą powierzchnię. -Precyzyjne pozycjonowanie: Użyj precyzyjnego sprzętu, aby zapewnić dokładne dzielenie płytki wzdłuż zaprojektowanych ścieżek cięcia. -Mocowanie wafla: Przymocuj płytkę do ramy z taśmy, aby zachować stabilność podczas cięcia i zapobiec uszkodzeniom spowodowanym wibracjami lub ruchem. |
| Faza cięcia | -Cięcie Ostrzy: Do cięcia fizycznego należy stosować szybkoobrotowe tarcze z powłoką diamentową, odpowiednie do materiałów na bazie krzemu i ekonomiczne. -Kostkowanie laserowe: Wykorzystaj wysokoenergetyczne wiązki laserowe do bezdotykowego cięcia, idealne do materiałów kruchych lub o wysokiej twardości, takich jak azotek galu, oferując wyższą precyzję i mniejsze straty materiału. -Nowe technologie: Wprowadzenie technologii cięcia laserowego i plazmowego w celu dalszej poprawy wydajności i precyzji przy jednoczesnej minimalizacji stref wpływu ciepła. |
| Faza czyszczenia | - Stosuj wodę dejonizowaną (wodę DI) i specjalistyczne środki czyszczące w połączeniu z czyszczeniem ultradźwiękowym lub natryskowym, aby usunąć zanieczyszczenia i pył powstający podczas cięcia, zapobiegając wpływowi pozostałości na dalsze procesy lub wydajność elektryczną wiórów. - Woda DI o wysokiej czystości zapobiega wprowadzaniu nowych zanieczyszczeń, zapewniając czyste środowisko płytek. |
| Faza inspekcji | -Kontrola optyczna: Wykorzystaj systemy detekcji optycznej w połączeniu z algorytmami AI, aby szybko identyfikować defekty, zapobiegając pęknięciom i odpryskom pokrojonych w kostkę chipsów, poprawiając wydajność kontroli i redukując błędy ludzkie. -Pomiar wymiarów: Sprawdź, czy wymiary chipów odpowiadają specyfikacjom projektowym. -Testowanie wydajności elektrycznej: Upewnij się, że wydajność elektryczna krytycznych chipów spełnia standardy, gwarantując niezawodność w kolejnych zastosowaniach. |
| Faza sortowania | - Użyj ramion robotycznych lub przyssawek próżniowych, aby oddzielić odpowiednie wióry od ramy taśmy i automatycznie sortować je na podstawie wydajności, zapewniając wydajność i elastyczność produkcji, jednocześnie poprawiając precyzję. |
Proces cięcia płytek obejmuje czyszczenie, pozycjonowanie, cięcie, czyszczenie, kontrolę i sortowanie płytek, przy czym każdy etap jest krytyczny. Dzięki postępom w automatyzacji, cięciu laserowym i technologiach kontroli AI, nowoczesne systemy cięcia płytek mogą osiągnąć wyższą precyzję, prędkość i mniejsze straty materiału. W przyszłości nowe technologie cięcia, takie jak laser i plazma, będą stopniowo zastępować tradycyjne cięcie ostrzami, aby sprostać potrzebom coraz bardziej złożonych projektów chipów, co będzie stanowić dalszy impuls do rozwoju procesów produkcji półprzewodników.
Technologia cięcia wafli i jej zasady
Zdjęcie ilustruje trzy popularne technologie cięcia płytek:Cięcie Ostrzy,Kostkowanie laserowe, IKrojenie w kostkę plazmową. Poniżej znajduje się szczegółowa analiza i dodatkowe wyjaśnienie tych trzech technik:
W produkcji półprzewodników cięcie płytek jest kluczowym etapem wymagającym wyboru odpowiedniej metody cięcia w oparciu o grubość płytki. Pierwszym krokiem jest określenie grubości płytki. Jeśli grubość wafla przekracza 100 mikronów, jako metodę cięcia można wybrać krojenie w kostkę. Jeśli cięcie w kostkę nie jest odpowiednie, można zastosować metodę łamania, która obejmuje zarówno techniki cięcia rysikowego, jak i techniki cięcia w kostkę.
Gdy grubość wafla wynosi od 30 do 100 mikronów, zaleca się metodę DBG (Dice Before Grinding). W takim przypadku można wybrać cięcie traserskie, cięcie ostrza lub dostosowywanie sekwencji cięcia w zależności od potrzeb, aby uzyskać najlepsze rezultaty.
W przypadku ultracienkich wafli o grubości mniejszej niż 30 mikronów preferowaną metodą staje się cięcie laserowe ze względu na możliwość precyzyjnego cięcia cienkich wafli bez powodowania nadmiernych uszkodzeń. Jeśli cięcie laserowe nie jest w stanie spełnić określonych wymagań, alternatywnie można zastosować cięcie plazmowe. Ten schemat blokowy zapewnia jasną ścieżkę podejmowania decyzji, aby zapewnić wybór najbardziej odpowiedniej technologii cięcia płytek w warunkach różnej grubości.
2.1 Technologia cięcia mechanicznego
Technologia cięcia mechanicznego jest tradycyjną metodą krojenia wafli. Podstawową zasadą jest użycie szybko obracającej się diamentowej tarczy szlifierskiej jako narzędzia tnącego do krojenia wafla. Kluczowe wyposażenie obejmuje wrzeciono z łożyskiem powietrznym, które napędza narzędzie ściernicy diamentowej z dużymi prędkościami, aby wykonać precyzyjne cięcie lub rowkowanie wzdłuż wcześniej określonej ścieżki skrawania. Technologia ta jest szeroko stosowana w przemyśle ze względu na niski koszt, wysoką wydajność i szerokie zastosowanie.
Zalety
Wysoka twardość i odporność na zużycie narzędzi ściernych diamentowych umożliwia dostosowanie technologii cięcia mechanicznego do potrzeb cięcia różnych materiałów waflowych, niezależnie od tego, czy są to tradycyjne materiały na bazie krzemu, czy nowsze półprzewodniki złożone. Jego obsługa jest prosta, przy stosunkowo niskich wymaganiach technicznych, co dodatkowo zwiększa jego popularność w masowej produkcji. Dodatkowo, w porównaniu z innymi metodami cięcia, takimi jak cięcie laserowe, cięcie mechaniczne zapewnia większą kontrolę nad kosztami, dzięki czemu nadaje się do zastosowań w produkcji wielkoseryjnej.
Ograniczenia
Pomimo wielu zalet, technologia cięcia mechanicznego ma również ograniczenia. Po pierwsze, ze względu na fizyczny kontakt narzędzia z płytką, precyzja cięcia jest stosunkowo ograniczona, co często prowadzi do odchyleń wymiarowych, które mogą mieć wpływ na dokładność późniejszego pakowania i testowania wiórów. Po drugie, podczas procesu cięcia mechanicznego mogą łatwo wystąpić defekty, takie jak odpryski i pęknięcia, co nie tylko wpływa na współczynnik plastyczności, ale może również negatywnie wpłynąć na niezawodność i żywotność wiórów. Uszkodzenia spowodowane naprężeniami mechanicznymi są szczególnie szkodliwe w przypadku produkcji wiórów o dużej gęstości, zwłaszcza podczas skrawania materiałów kruchych, gdzie problemy te są bardziej widoczne.
Ulepszenia technologiczne
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, badacze stale optymalizują proces cięcia mechanicznego. Kluczowe ulepszenia obejmują ulepszenie konstrukcji i doboru materiałów ściernic, aby poprawić precyzję cięcia i trwałość. Dodatkowo optymalizacja projektu konstrukcyjnego i systemów sterowania sprzętu tnącego jeszcze bardziej poprawiła stabilność i automatyzację procesu cięcia. Udoskonalenia te redukują błędy spowodowane działalnością człowieka i poprawiają spójność cięć. Wprowadzenie zaawansowanych technologii kontroli i kontroli jakości w celu monitorowania w czasie rzeczywistym anomalii podczas procesu cięcia również znacznie poprawiło niezawodność cięcia i wydajność.
Przyszły rozwój i nowe technologie
Chociaż technologia cięcia mechanicznego nadal zajmuje znaczącą pozycję w cięciu płytek, nowe technologie cięcia szybko się rozwijają wraz z ewolucją procesów półprzewodnikowych. Na przykład zastosowanie technologii termicznego cięcia laserowego zapewnia nowe rozwiązania problemów związanych z precyzją i defektami w cięciu mechanicznym. Ta bezkontaktowa metoda cięcia zmniejsza naprężenia fizyczne działające na płytkę, znacznie zmniejszając częstość występowania odprysków i pęknięć, szczególnie podczas cięcia bardziej kruchych materiałów. W przyszłości integracja technologii cięcia mechanicznego z nowymi technikami cięcia zapewni produkcji półprzewodników więcej opcji i elastyczności, co jeszcze bardziej zwiększy wydajność produkcji i jakość chipów.
Podsumowując, chociaż technologia cięcia mechanicznego ma pewne wady, ciągłe udoskonalenia technologiczne i jej integracja z nowymi technikami cięcia pozwalają jej nadal odgrywać ważną rolę w produkcji półprzewodników i utrzymywać jej konkurencyjność w przyszłych procesach.
2.2 Technologia cięcia laserowego
Technologia cięcia laserowego, jako nowa metoda cięcia płytek, stopniowo zyskuje szerokie zainteresowanie w przemyśle półprzewodników ze względu na wysoką precyzję, brak mechanicznych uszkodzeń styków i możliwość szybkiego cięcia. Technologia ta wykorzystuje wysoką gęstość energii i zdolność ogniskowania wiązki laserowej do utworzenia małej strefy wpływu ciepła na powierzchni materiału waflowego. Gdy wiązka lasera zostanie przyłożona do płytki, powstałe naprężenie termiczne powoduje pęknięcie materiału w wyznaczonym miejscu, co zapewnia precyzyjne cięcie.
Zalety technologii cięcia laserowego
• Wysoka precyzja: Możliwość precyzyjnego pozycjonowania wiązki lasera pozwala na precyzję cięcia na poziomie mikronów, a nawet nanometrów, spełniając wymagania nowoczesnej, precyzyjnej produkcji obwodów scalonych o dużej gęstości.
• Brak kontaktu mechanicznego: Cięcie laserowe pozwala uniknąć fizycznego kontaktu z płytką, zapobiegając typowym problemom podczas cięcia mechanicznego, takim jak odpryski i pęknięcia, znacznie poprawiając współczynnik plastyczności i niezawodność wiórów.
• Duża prędkość cięcia: Duża prędkość cięcia laserowego przyczynia się do zwiększenia wydajności produkcji, dzięki czemu jest szczególnie odpowiednia do scenariuszy produkcji na dużą skalę i z dużą szybkością.
Wyzwania, które stoją przed nami
• Wysoki koszt sprzętu: Początkowa inwestycja w sprzęt do cięcia laserowego jest wysoka, co stwarza presję ekonomiczną, zwłaszcza dla małych i średnich przedsiębiorstw produkcyjnych.
• Kompleksowa kontrola procesu: Cięcie laserowe wymaga precyzyjnej kontroli kilku parametrów, w tym gęstości energii, położenia ogniska i prędkości cięcia, co komplikuje proces.
• Problemy ze strefami wpływu ciepła: Chociaż bezkontaktowy charakter cięcia laserowego zmniejsza uszkodzenia mechaniczne, naprężenia termiczne powodowane przez strefę wpływu ciepła (HAZ) mogą negatywnie wpływać na właściwości materiału waflowego. Aby zminimalizować ten efekt, konieczna jest dalsza optymalizacja procesu.
Kierunki doskonalenia technologicznego
Aby sprostać tym wyzwaniom, badacze skupiają się na obniżeniu kosztów sprzętu, poprawie wydajności cięcia i optymalizacji przebiegu procesu.
• Wydajne lasery i systemy optyczne: Opracowując bardziej wydajne lasery i zaawansowane systemy optyczne, możliwe jest obniżenie kosztów sprzętu, jednocześnie zwiększając precyzję i prędkość cięcia.
• Optymalizacja parametrów procesu: Prowadzone są szczegółowe badania nad interakcją między laserami a materiałami płytkowymi w celu udoskonalenia procesów zmniejszających strefę wpływu ciepła, poprawiając w ten sposób jakość cięcia.
• Inteligentne systemy sterowania: Rozwój inteligentnych technologii sterowania ma na celu automatyzację i optymalizację procesu cięcia laserowego, poprawiając jego stabilność i spójność.
Technologia cięcia laserowego jest szczególnie skuteczna w przypadku ultracienkich płytek i bardzo precyzyjnych cięć. W miarę zwiększania się rozmiarów płytek i gęstości obwodów tradycyjne metody cięcia mechanicznego mają trudności ze spełnieniem wymagań nowoczesnej produkcji półprzewodników w zakresie precyzji i wydajności. Ze względu na swoje unikalne zalety, cięcie laserowe staje się preferowanym rozwiązaniem w tych dziedzinach.
Chociaż technologia cięcia laserowego wciąż stoi przed wyzwaniami, takimi jak wysokie koszty sprzętu i złożoność procesów, jej wyjątkowe zalety w postaci wysokiej precyzji i uszkodzeń bezdotykowych czynią ją ważnym kierunkiem rozwoju w produkcji półprzewodników. W miarę ciągłego rozwoju technologii laserowej i inteligentnych systemów sterowania, oczekuje się, że cięcie laserowe jeszcze bardziej poprawi wydajność i jakość cięcia płytek półprzewodnikowych, napędzając ciągły rozwój przemysłu półprzewodników.
2.3 Technologia cięcia plazmowego
W ostatnich latach duże zainteresowanie zyskała technologia cięcia plazmowego, jako nowa metoda krojenia wafli. Technologia ta wykorzystuje wysokoenergetyczne wiązki plazmy do precyzyjnego cięcia płytek, kontrolując energię, prędkość i ścieżkę cięcia wiązki plazmy, uzyskując optymalne wyniki cięcia.
Zasada działania i zalety
Proces cięcia plazmowego opiera się na wysokotemperaturowej i wysokoenergetycznej wiązce plazmy generowanej przez urządzenie. Wiązka ta może w bardzo krótkim czasie podgrzać materiał waflowy do temperatury topnienia lub odparowania, umożliwiając szybkie cięcie. W porównaniu do tradycyjnego cięcia mechanicznego lub laserowego, cięcie plazmowe jest szybsze i wytwarza mniejszą strefę wpływu ciepła, skutecznie ograniczając występowanie pęknięć i uszkodzeń podczas cięcia.
W zastosowaniach praktycznych technologia cięcia plazmowego jest szczególnie skuteczna w przypadku płytek o skomplikowanych kształtach. Wysokoenergetyczna, regulowana wiązka plazmy może z łatwością ciąć wafle o nieregularnych kształtach z dużą precyzją. Dlatego w produkcji mikroelektroniki, zwłaszcza w przypadku niestandardowej i małoseryjnej produkcji wysokiej klasy chipów, technologia ta jest bardzo obiecująca w powszechnym zastosowaniu.
Wyzwania i ograniczenia
Pomimo wielu zalet technologii cięcia plazmowego, wiąże się ona również z pewnymi wyzwaniami.
• Złożony proces: Proces cięcia plazmowego jest złożony i wymaga precyzyjnego sprzętu oraz doświadczonych operatorówdokładność i stabilność cięcia.
• Kontrola środowiska i bezpieczeństwo: Wysokotemperaturowy i wysokoenergetyczny charakter wiązki plazmy wymaga rygorystycznej kontroli środowiska i środków bezpieczeństwa, co zwiększa złożoność i koszt wdrożenia.
Przyszłe kierunki rozwoju
Oczekuje się, że wraz z postępem technologicznym wyzwania związane z cięciem plazmowym będą stopniowo pokonywane. Opracowując inteligentniejszy i bardziej stabilny sprzęt do cięcia, można zmniejszyć zależność od operacji ręcznych, poprawiając w ten sposób wydajność produkcji. Jednocześnie optymalizacja parametrów procesu i środowiska skrawania pomoże obniżyć ryzyko bezpieczeństwa i koszty operacyjne.
W branży półprzewodników innowacje w technologii cięcia i krojenia płytek mają kluczowe znaczenie dla napędzania rozwoju branży. Technologia cięcia plazmowego, charakteryzująca się wysoką precyzją, wydajnością i możliwością obróbki złożonych kształtów płytek, stała się nowym, znaczącym graczem w tej dziedzinie. Chociaż pewne wyzwania pozostają, problemy te będą stopniowo rozwiązywane dzięki ciągłym innowacjom technologicznym, które zapewnią więcej możliwości i możliwości produkcji półprzewodników.
Perspektywy zastosowań technologii cięcia plazmowego są ogromne i oczekuje się, że w przyszłości będzie ona odgrywać ważniejszą rolę w produkcji półprzewodników. Dzięki ciągłym innowacjom technologicznym i optymalizacji cięcie plazmowe nie tylko rozwiąże istniejące wyzwania, ale także stanie się potężnym motorem wzrostu przemysłu półprzewodników.
2.4 Jakość cięcia i czynniki wpływające
Jakość cięcia płytek ma kluczowe znaczenie dla późniejszego pakowania wiórów, testowania oraz ogólnej wydajności i niezawodności produktu końcowego. Typowe problemy napotykane podczas cięcia obejmują pęknięcia, odpryski i odchylenia w skrawaniu. Na problemy te wpływa kilka czynników, które współdziałają ze sobą.
| Kategoria | Treść | Uderzenie |
| Parametry procesu | Prędkość skrawania, posuw i głębokość skrawania bezpośrednio wpływają na stabilność i precyzję procesu skrawania. Niewłaściwe ustawienia mogą prowadzić do koncentracji naprężeń i nadmiernej strefy wpływu ciepła, co skutkuje pęknięciami i odpryskami. Odpowiednie dostosowanie parametrów w oparciu o materiał płytki, grubość i wymagania dotyczące cięcia jest kluczem do osiągnięcia pożądanych wyników cięcia. | Odpowiednie parametry procesu zapewniają precyzję cięcia i zmniejszają ryzyko powstania defektów w postaci pęknięć i odprysków. |
| Czynniki sprzętowe i materiałowe | -Jakość ostrza: Materiał, twardość i odporność ostrza na zużycie wpływają na gładkość procesu cięcia i płaskość ciętej powierzchni. Łopatki złej jakości zwiększają tarcie i naprężenia termiczne, co może prowadzić do pęknięć lub odprysków. Wybór odpowiedniego materiału ostrza jest kluczowy. -Wydajność chłodziwa: Chłodziwa pomagają obniżyć temperaturę skrawania, zminimalizować tarcie i usunąć zanieczyszczenia. Nieskuteczne chłodziwo może prowadzić do wysokich temperatur i gromadzenia się zanieczyszczeń, co wpływa na jakość i wydajność cięcia. Wybór wydajnych i przyjaznych dla środowiska chłodziw ma kluczowe znaczenie. | Jakość ostrza wpływa na precyzję i gładkość cięcia. Nieskuteczne chłodziwo może skutkować słabą jakością i wydajnością skrawania, co podkreśla potrzebę optymalnego wykorzystania chłodziwa. |
| Kontrola procesu i kontrola jakości | -Kontrola procesu: Monitorowanie i regulacja kluczowych parametrów cięcia w czasie rzeczywistym w celu zapewnienia stabilności i spójności procesu cięcia. -Kontrola jakości: Kontrole wyglądu po cięciu, pomiary wymiarowe i testy wydajności elektrycznej pomagają szybko zidentyfikować i rozwiązać problemy z jakością, poprawiając dokładność i spójność cięcia. | Właściwa kontrola procesu i kontrola jakości pomagają zapewnić spójne, wysokiej jakości wyniki cięcia i wczesne wykrywanie potencjalnych problemów. |
Poprawa jakości cięcia
Poprawa jakości cięcia wymaga kompleksowego podejścia, które uwzględnia parametry procesu, dobór sprzętu i materiału, kontrolę procesu i inspekcję. Dzięki ciągłemu udoskonalaniu technologii cięcia i optymalizacji metod procesu można jeszcze bardziej zwiększyć precyzję i stabilność cięcia płytek, zapewniając bardziej niezawodne wsparcie techniczne dla przemysłu produkującego półprzewodniki.
#03 Obsługa i testowanie po cięciu
3.1 Czyszczenie i suszenie
Etapy czyszczenia i suszenia po cięciu płytek mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości wiórów i płynnego przebiegu kolejnych procesów. Na tym etapie istotne jest dokładne usunięcie resztek krzemu, pozostałości chłodziwa i innych zanieczyszczeń powstających podczas cięcia. Równie ważne jest, aby podczas czyszczenia nie uszkodzić wiórów, a po wysuszeniu upewnić się, że na powierzchni wiórów nie pozostała wilgoć, aby zapobiec problemom takim jak korozja lub wyładowania elektrostatyczne.
Postępowanie po cięciu: proces czyszczenia i suszenia
| Krok procesu | Treść | Uderzenie |
| Proces czyszczenia | -Metoda: Do czyszczenia należy używać specjalistycznych środków czyszczących i czystej wody w połączeniu z technikami szczotkowania ultradźwiękowego lub mechanicznego. | Zapewnia dokładne usunięcie zanieczyszczeń i zapobiega uszkodzeniu wiórów podczas czyszczenia. |
| -Wybór środka czyszczącego: Wybierz w zależności od materiału płytki i rodzaju zanieczyszczenia, aby zapewnić skuteczne czyszczenie bez uszkodzenia chipa. | Właściwy dobór środka jest kluczem do skutecznego czyszczenia i ochrony przed wiórami. | |
| -Kontrola parametrów: Ściśle kontroluj temperaturę, czas i stężenie roztworu czyszczącego, aby zapobiec problemom z jakością spowodowanym nieprawidłowym czyszczeniem. | Kontrole pomagają uniknąć uszkodzenia płytki lub pozostawienia zanieczyszczeń, zapewniając stałą jakość. | |
| Proces suszenia | -Tradycyjne metody: Suszenie naturalnym powietrzem i suszenie gorącym powietrzem, które mają niską wydajność i mogą prowadzić do gromadzenia się elektryczności statycznej. | Może powodować wolniejszy czas schnięcia i potencjalne problemy elektrostatyczne. |
| -Nowoczesne technologie: Stosuj zaawansowane technologie, takie jak suszenie próżniowe i suszenie na podczerwień, aby zapewnić szybkie wysychanie wiórów i uniknąć szkodliwych skutków. | Szybszy i bardziej wydajny proces suszenia, zmniejszający ryzyko wyładowań statycznych lub problemów związanych z wilgocią. | |
| Wybór i konserwacja sprzętu | -Wybór sprzętu: Wysokowydajne maszyny czyszczące i suszące poprawiają wydajność przetwarzania i precyzyjnie kontrolują potencjalne problemy podczas obsługi. | Wysokiej jakości maszyny zapewniają lepszą obróbkę i zmniejszają prawdopodobieństwo błędów podczas czyszczenia i suszenia. |
| -Konserwacja sprzętu: Regularne kontrole i konserwacja sprzętu zapewniają jego optymalny stan pracy, gwarantując jakość wiórów. | Właściwa konserwacja zapobiega awariom sprzętu, zapewniając niezawodne i wysokiej jakości przetwarzanie. |
Czyszczenie i suszenie po cięciu
Etapy czyszczenia i suszenia po cięciu wafli to złożone i delikatne procesy, które wymagają dokładnego rozważenia wielu czynników, aby zapewnić ostateczny wynik przetwarzania. Stosując naukowe metody i rygorystyczne procedury, można mieć pewność, że każdy chip przejdzie do kolejnych etapów pakowania i testowania w optymalnym stanie.
Kontrola i testowanie po cięciu
| Krok | Treść | Uderzenie |
| Krok inspekcji | 1.Kontrola wizualna: Użyj sprzętu do kontroli wizualnej lub automatycznej, aby sprawdzić widoczne defekty, takie jak pęknięcia, odpryski lub zanieczyszczenia na powierzchni wiórów. Szybko identyfikuj fizycznie uszkodzone chipy, aby uniknąć marnotrawstwa. | Pomaga w identyfikacji i eliminacji wadliwych chipów na wczesnym etapie procesu, zmniejszając straty materiału. |
| 2.Pomiar rozmiaru: Używaj precyzyjnych urządzeń pomiarowych do dokładnego pomiaru wymiarów wiórów, upewniając się, że rozmiar cięcia odpowiada specyfikacjom projektowym i zapobiegasz problemom z wydajnością lub trudnościom z pakowaniem. | Zapewnia, że chipy mieszczą się w wymaganych granicach, zapobiegając pogorszeniu wydajności lub problemom z montażem. | |
| 3.Testowanie wydajności elektrycznej: Oceń kluczowe parametry elektryczne, takie jak rezystancja, pojemność i indukcyjność, aby zidentyfikować chipy niezgodne z wymaganiami i upewnić się, że do następnego etapu przejdą wyłącznie chipy o odpowiednich parametrach. | Zapewnia, że tylko funkcjonalne i przetestowane pod względem wydajności chipy postępują naprzód w procesie, zmniejszając ryzyko awarii na późniejszych etapach. | |
| Krok testowania | 1.Testy funkcjonalne: Sprawdź, czy podstawowa funkcjonalność chipa działa zgodnie z przeznaczeniem, identyfikując i eliminując chipy z nieprawidłowościami funkcjonalnymi. | Zapewnia, że chipy spełniają podstawowe wymagania operacyjne przed przejściem do późniejszych etapów. |
| 2.Testowanie niezawodności: Ocena stabilności wydajności chipa w długotrwałym użytkowaniu lub w trudnych warunkach, zwykle obejmujących starzenie w wysokiej temperaturze, testy w niskiej temperaturze i testy wilgotności w celu symulacji ekstremalnych warunków w świecie rzeczywistym. | Zapewnia, że chipy mogą niezawodnie działać w różnych warunkach środowiskowych, poprawiając trwałość i stabilność produktu. | |
| 3.Testowanie kompatybilności: Sprawdź, czy chip działa prawidłowo z innymi komponentami lub systemami, upewniając się, że nie ma usterek ani pogorszenia wydajności z powodu niezgodności. | Zapewnia płynną pracę w rzeczywistych aplikacjach, zapobiegając problemom ze zgodnością. |
3.3 Pakowanie i przechowywanie
Po cięciu płytek chipy stanowią kluczowy produkt końcowy procesu produkcji półprzewodników, a ich etapy pakowania i przechowywania są równie ważne. Właściwe środki pakowania i przechowywania są niezbędne nie tylko dla zapewnienia bezpieczeństwa i stabilności chipów podczas transportu i przechowywania, ale także dla zapewnienia silnego wsparcia na późniejszych etapach produkcji, testowania i pakowania.
Podsumowanie etapów kontroli i testowania:
Etapy kontroli i testowania wiórów po cięciu płytek obejmują szereg aspektów, w tym kontrolę wizualną, pomiar wielkości, testowanie wydajności elektrycznej, testy funkcjonalne, testy niezawodności i testy kompatybilności. Etapy te są ze sobą powiązane i uzupełniają się, tworząc solidną barierę zapewniającą jakość i niezawodność produktu. Dzięki rygorystycznym procedurom kontroli i testowania potencjalne problemy można zidentyfikować i szybko rozwiązać, zapewniając, że produkt końcowy spełnia wymagania i oczekiwania klienta.
| Aspekt | Treść |
| Środki pakowania | 1.Antystatyczny: Materiały opakowaniowe powinny mieć doskonałe właściwości antystatyczne, aby zapobiec uszkodzeniu urządzeń przez elektryczność statyczną lub wpływowi na ich działanie. |
| 2.Odporny na wilgoć: Materiały opakowaniowe powinny charakteryzować się dobrą odpornością na wilgoć, aby zapobiec korozji i pogorszeniu właściwości elektrycznych spowodowanemu wilgocią. | |
| 3.Odporny na wstrząsy: Materiały opakowaniowe powinny zapewniać skuteczną amortyzację wstrząsów, aby chronić wióry przed wibracjami i uderzeniami podczas transportu. | |
| Środowisko przechowywania | 1.Kontrola wilgotności: Ściśle kontroluj wilgotność w odpowiednim zakresie, aby zapobiec wchłanianiu wilgoci i korozji spowodowanej nadmierną wilgocią lub problemami statycznymi spowodowanymi niską wilgotnością. |
| 2.Czystość: Utrzymuj czyste środowisko przechowywania, aby uniknąć zanieczyszczenia wiórów kurzem i zanieczyszczeniami. | |
| 3.Kontrola temperatury: Ustaw rozsądny zakres temperatur i utrzymuj stabilność temperatury, aby zapobiec przyspieszonemu starzeniu się na skutek nadmiernego ciepła lub problemów z kondensacją spowodowanych niskimi temperaturami. | |
| Regularna kontrola | Regularnie kontroluj i oceniaj przechowywane chipy, korzystając z inspekcji wizualnych, pomiarów wielkości i testów wydajności elektrycznej, aby w odpowiednim czasie zidentyfikować i rozwiązać potencjalne problemy. W oparciu o czas i warunki przechowywania zaplanuj użycie żetonów, aby mieć pewność, że będą używane w optymalnym stanie. |
Problem mikropęknięć i uszkodzeń podczas procesu krojenia płytek jest istotnym wyzwaniem w produkcji półprzewodników. Główną przyczyną tego zjawiska są naprężenia tnące, które powodują drobne pęknięcia i uszkodzenia powierzchni płytki, co prowadzi do wzrostu kosztów produkcji i obniżenia jakości produktu.
Aby sprostać temu wyzwaniu, kluczowe jest zminimalizowanie naprężeń skrawania i wdrożenie zoptymalizowanych technik, narzędzi i warunków skrawania. Zwrócenie szczególnej uwagi na takie czynniki, jak materiał ostrza, prędkość cięcia, ciśnienie i metody chłodzenia, może pomóc w ograniczeniu powstawania mikropęknięć i poprawie ogólnej wydajności procesu. Ponadto trwające badania nad bardziej zaawansowanymi technologiami cięcia, takimi jak cięcie laserowe, mają na celu poszukiwanie sposobów dalszego ograniczenia tych problemów.
Jako materiał kruchy, płytki są podatne na wewnętrzne zmiany strukturalne pod wpływem naprężeń mechanicznych, termicznych lub chemicznych, co prowadzi do powstawania mikropęknięć. Chociaż pęknięcia te mogą nie być natychmiast zauważalne, w miarę postępu procesu produkcyjnego mogą się rozszerzać i powodować poważniejsze uszkodzenia. Problem ten staje się szczególnie problematyczny na kolejnych etapach pakowania i testowania, gdzie wahania temperatury i dodatkowe naprężenia mechaniczne mogą spowodować, że mikropęknięcia przekształcą się w widoczne pęknięcia, co może prowadzić do uszkodzenia chipa.
Aby zminimalizować to ryzyko, należy dokładnie kontrolować proces cięcia poprzez optymalizację parametrów, takich jak prędkość cięcia, ciśnienie i temperatura. Stosowanie mniej agresywnych metod cięcia, takich jak cięcie laserowe, może zmniejszyć naprężenia mechaniczne płytki i zminimalizować powstawanie mikropęknięć. Ponadto wdrożenie zaawansowanych metod kontroli, takich jak skanowanie w podczerwieni lub obrazowanie rentgenowskie podczas procesu krojenia wafli, może pomóc w wykryciu pęknięć na wczesnym etapie, zanim spowodują dalsze uszkodzenia.
Uszkodzenie powierzchni płytki stanowi poważny problem w procesie krojenia w kostkę, ponieważ może mieć bezpośredni wpływ na wydajność i niezawodność chipa. Uszkodzenia takie mogą być spowodowane niewłaściwym użyciem narzędzi skrawających, nieprawidłowymi parametrami skrawania lub wadami materiałowymi tkwiącymi w samej płytce. Niezależnie od przyczyny, uszkodzenia te mogą prowadzić do zmian w oporności elektrycznej lub pojemności obwodu, co wpływa na ogólną wydajność.
Aby rozwiązać te problemy, badane są dwie kluczowe strategie:
1.Optymalizacja narzędzi i parametrów skrawających: Używając ostrzejszych ostrzy, dostosowując prędkość cięcia i modyfikując głębokość cięcia, można zminimalizować koncentrację naprężeń podczas procesu cięcia, zmniejszając w ten sposób ryzyko uszkodzeń.
2.Odkrywanie nowych technologii cięcia: Zaawansowane techniki, takie jak cięcie laserowe i cięcie plazmowe, zapewniają większą precyzję, jednocześnie potencjalnie zmniejszając poziom uszkodzeń płytki. Technologie te są badane w celu znalezienia sposobów osiągnięcia wysokiej dokładności cięcia przy jednoczesnej minimalizacji naprężeń termicznych i mechanicznych płytki.
Obszar oddziaływania termicznego i jego wpływ na wydajność
W procesach cięcia termicznego, takich jak cięcie laserowe i plazmowe, wysokie temperatury nieuchronnie tworzą strefę uderzenia termicznego na powierzchni płytki. Ten obszar, w którym gradient temperatury jest znaczny, może zmienić właściwości materiału, wpływając na ostateczną wydajność chipa.
Wpływ strefy wpływu termicznego (TAZ):
Zmiany struktury kryształu: W wysokich temperaturach atomy w materiale płytkowym mogą zmienić układ, powodując zniekształcenia struktury kryształu. Odkształcenie to osłabia materiał, zmniejszając jego wytrzymałość mechaniczną i stabilność, co zwiększa ryzyko uszkodzenia wióra podczas użytkowania.
Zmiany właściwości elektrycznych: Wysokie temperatury mogą zmienić stężenie nośnika i ruchliwość w materiałach półprzewodnikowych, wpływając na przewodność elektryczną chipa i wydajność transmisji prądu. Zmiany te mogą prowadzić do pogorszenia wydajności chipa, potencjalnie czyniąc go nieodpowiednim do zamierzonego celu.
Aby złagodzić te skutki, kontrolowanie temperatury podczas cięcia, optymalizacja parametrów cięcia i badanie metod, takich jak strumienie chłodzące lub obróbka końcowa, to podstawowe strategie zmniejszania zakresu wpływu termicznego i utrzymywania integralności materiału.
Ogólnie rzecz biorąc, zarówno mikropęknięcia, jak i strefy wpływu termicznego stanowią kluczowe wyzwania w technologii krojenia wafli. Aby poprawić jakość produktów półprzewodnikowych i zwiększyć ich konkurencyjność na rynku, konieczne będą dalsze badania, wraz z postępem technologicznym i środkami kontroli jakości.
Środki kontroli strefy oddziaływania termicznego:
Optymalizacja parametrów procesu cięcia: Zmniejszenie prędkości i mocy cięcia może skutecznie zminimalizować wielkość strefy wpływu termicznego (TAZ). Pomaga to kontrolować ilość ciepła wytwarzanego podczas procesu cięcia, co bezpośrednio wpływa na właściwości materiału płytki.
Zaawansowane technologie chłodzenia: Zastosowanie technologii takich jak chłodzenie ciekłym azotem i chłodzenie mikroprzepływowe może znacznie ograniczyć zasięg strefy oddziaływania termicznego. Te metody chłodzenia pomagają efektywniej odprowadzać ciepło, zachowując w ten sposób właściwości materiału płytki i minimalizując uszkodzenia termiczne.
Wybór materiału: Naukowcy badają nowe materiały, takie jak nanorurki węglowe i grafen, które charakteryzują się doskonałą przewodnością cieplną i wytrzymałością mechaniczną. Materiały te mogą zmniejszyć strefę uderzenia termicznego, poprawiając jednocześnie ogólną wydajność chipów.
Podsumowując, chociaż strefa wpływu termicznego jest nieuniknioną konsekwencją technologii cięcia termicznego, można ją skutecznie kontrolować poprzez zoptymalizowane techniki przetwarzania i dobór materiałów. Przyszłe badania będą prawdopodobnie skupiać się na dostrojeniu i automatyzacji procesów cięcia termicznego w celu uzyskania bardziej wydajnego i precyzyjnego krojenia wafli w kostkę.
Strategia równowagi:
Osiągnięcie optymalnej równowagi między wydajnością wafli a wydajnością produkcji jest ciągłym wyzwaniem w technologii krojenia wafli. Aby opracować racjonalną strategię produkcji i parametry procesu, producenci muszą wziąć pod uwagę wiele czynników, takich jak popyt rynkowy, koszty produkcji i jakość produktu. Jednocześnie wprowadzenie zaawansowanego sprzętu do cięcia, doskonalenie umiejętności operatorów i poprawa kontroli jakości surowców są niezbędne do utrzymania lub nawet poprawy wydajności przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności produkcji.
Przyszłe wyzwania i możliwości:
Wraz z postępem technologii półprzewodników, cięcie płytek staje się nowym wyzwaniem i możliwościami. W miarę zmniejszania się rozmiarów wiórów i zwiększania się integracji, wymagania dotyczące precyzji i jakości cięcia znacznie rosną. Jednocześnie pojawiające się technologie dostarczają nowych pomysłów na rozwój technik cięcia płytek. Producenci muszą na bieżąco dostosowywać się do dynamiki rynku i trendów technologicznych, stale dostosowując i optymalizując strategie produkcji i parametry procesów, aby sprostać zmianom rynkowym i wymaganiom technologicznym.
Podsumowując, integrując względy popytu rynkowego, kosztów produkcji i jakości produktu oraz wprowadzając zaawansowany sprzęt i technologię, podnosząc umiejętności operatorów i wzmacniając kontrolę surowców, producenci mogą osiągnąć najlepszą równowagę między wydajnością wafli a wydajnością produkcji podczas krojenia wafli , co prowadzi do wydajnej i wysokiej jakości produkcji produktów półprzewodnikowych.
Perspektywy na przyszłość:
Dzięki szybkiemu postępowi technologicznemu technologia półprzewodników rozwija się w niespotykanym dotychczas tempie. Jako kluczowy krok w produkcji półprzewodników, technologia cięcia płytek jest gotowa na nowe, ekscytujące rozwiązania. Patrząc w przyszłość, oczekuje się, że technologia cięcia płytek umożliwi znaczną poprawę precyzji, wydajności i kosztów, dodając nowej energii ciągłemu rozwojowi przemysłu półprzewodników.
Zwiększanie precyzji:
W dążeniu do wyższej precyzji technologia cięcia płytek będzie stale przesuwać granice istniejących procesów. Dzięki dogłębnemu badaniu fizycznych i chemicznych mechanizmów procesu cięcia oraz precyzyjnemu kontrolowaniu parametrów cięcia, można uzyskać lepsze wyniki cięcia, aby spełnić coraz bardziej złożone wymagania dotyczące projektowania obwodów. Ponadto poszukiwanie nowych materiałów i metod cięcia znacznie poprawi wydajność i jakość.
Zwiększanie wydajności:
Nowy sprzęt do cięcia płytek będzie skupiał się na inteligentnym i zautomatyzowanym projektowaniu. Wprowadzenie zaawansowanych systemów i algorytmów sterowania umożliwi sprzętowi automatyczne dostosowywanie parametrów cięcia w celu dostosowania do różnych materiałów i wymagań projektowych, znacznie poprawiając w ten sposób wydajność produkcji. Innowacje, takie jak technologia cięcia wielu płytek i systemy szybkiej wymiany ostrzy, będą odgrywać kluczową rolę w zwiększaniu wydajności.
Redukcja kosztów:
Redukcja kosztów jest kluczowym kierunkiem rozwoju technologii cięcia płytek. Oczekuje się, że w miarę opracowywania nowych materiałów i metod cięcia koszty sprzętu i wydatki na konserwację będą skutecznie kontrolowane. Dodatkowo optymalizacja procesów produkcyjnych i zmniejszenie ilości złomów jeszcze bardziej zmniejszy ilość odpadów podczas produkcji, prowadząc do obniżenia całkowitych kosztów produkcji.
Inteligentna produkcja i IoT:
Integracja technologii inteligentnej produkcji i Internetu rzeczy (IoT) przyniesie rewolucyjne zmiany w technologii cięcia płytek. Dzięki wzajemnej łączności i udostępnianiu danych pomiędzy urządzeniami każdy etap procesu produkcyjnego można monitorować i optymalizować w czasie rzeczywistym. To nie tylko poprawia wydajność produkcji i jakość produktów, ale także zapewnia firmom dokładniejsze prognozowanie rynku i wsparcie w podejmowaniu decyzji.
W przyszłości technologia cięcia płytek umożliwi niezwykły postęp w zakresie precyzji, wydajności i kosztów. Postępy te będą napędzać dalszy rozwój przemysłu półprzewodników i zapewnią społeczeństwu więcej innowacji technologicznych i udogodnień.
Czas publikacji: 19 listopada 2024 r