Czym jest wykruszanie się płytek półprzewodnikowych i jak temu zaradzić?

Cięcie płytek to kluczowy proces w produkcji półprzewodników, który ma bezpośredni wpływ na jakość i wydajność gotowego układu. W rzeczywistej produkcji,odpryskiwanie płytek-zwłaszczaodpryskiwanie przedniej stronyIodpryski na tylnej stronie—to częsta i poważna wada, która znacząco ogranicza wydajność i efektywność produkcji. Odpryskiwanie nie tylko wpływa na wygląd wiórów, ale może również spowodować nieodwracalne uszkodzenia ich parametrów elektrycznych i niezawodności mechanicznej.

Definicja i rodzaje chipowania płytek półprzewodnikowych

Odpryskiwanie płytek odnosi się dopęknięcia lub pękanie materiału na krawędziach wiórów podczas procesu krojenia. Ogólnie rzecz biorąc, jest on klasyfikowany jakoodpryskiwanie przedniej stronyIodpryski na tylnej stronie:

• Odpryskiwanie przedniej stronyWystępuje na aktywnej powierzchni układu scalonego, na której znajdują się wzory obwodów. Jeśli odpryski rozprzestrzenią się na obszar obwodu, może to poważnie pogorszyć parametry elektryczne i długoterminową niezawodność.

• Odpryski na tylnej stroniezwykle ma miejsce po przerzedzeniu płytki, gdy w podłożu lub uszkodzonej warstwie na jej tylnej stronie pojawiają się pęknięcia.

Z perspektywy strukturalnej,odpryskiwanie na przedniej stronie często jest wynikiem pęknięć w warstwach epitaksjalnych lub powierzchniowych, chwilaodpryski na tylnej stronie powstają w wyniku warstw uszkodzeń powstałych podczas ścieniania płytki i usuwania materiału podłoża.

Odpryski na przedniej stronie można podzielić na trzy typy:

1. Początkowe odpryskiwanie– występuje zwykle na etapie wstępnego cięcia, gdy instalowane jest nowe ostrze, i charakteryzuje się nieregularnym uszkodzeniem krawędzi.

2. Okresowe (cykliczne) odpryskiwanie– pojawia się wielokrotnie i regularnie podczas ciągłych operacji cięcia.

3. Nieprawidłowe odpryskiwanie– spowodowane biciem ostrza, nieprawidłową prędkością posuwu, nadmierną głębokością cięcia, przemieszczeniem płytki lub jej odkształceniem.

Przyczyny powstawania odprysków na płytkach półprzewodnikowych

1. Przyczyny początkowego odpryskiwania

• Niewystarczająca dokładność montażu ostrza

• Ostrze nie zostało odpowiednio wycentrowane, aby uzyskać idealny okrągły kształt

• Niepełne odsłonięcie ziarna diamentu

Jeśli ostrze zostanie zamontowane z lekkim pochyleniem, siły skrawania będą nierównomierne. Nowe ostrze, które nie zostanie odpowiednio obrobione, będzie charakteryzować się słabą koncentrycznością, co doprowadzi do odchylenia ścieżki skrawania. Jeśli ziarna diamentu nie zostaną w pełni odsłonięte na etapie wstępnego cięcia, nie powstaną efektywne przestrzenie wiórowe, co zwiększa prawdopodobieństwo powstawania wykruszeń.

2. Przyczyny okresowego odpryskiwania

• Uszkodzenie ostrza w wyniku uderzenia powierzchniowego

• Wystające, duże cząsteczki diamentu

• Przyleganie cząstek obcych (żywica, szczątki metalu itp.)

Podczas cięcia mogą powstawać mikronacięcia spowodowane uderzeniami wiórów. Duże, wystające ziarna diamentu koncentrują lokalne naprężenia, a pozostałości lub obce zanieczyszczenia na powierzchni ostrza mogą zaburzać stabilność cięcia.

3. Przyczyny nieprawidłowego odpryskiwania

• Bicie łopatki spowodowane złym wyważeniem dynamicznym przy dużej prędkości

• Niewłaściwa prędkość posuwu lub nadmierna głębokość cięcia

• Przemieszczenie lub odkształcenie płytki podczas cięcia

Czynniki te powodują niestabilność sił cięcia i odchylenie od ustalonej ścieżki krojenia, co bezpośrednio powoduje pękanie krawędzi.

4. Przyczyny odprysków na tylnej stronie

Odpryski na tylnej stronie powstają głównie w wynikuakumulacja naprężeń podczas ścieniania wafli i ich odkształcania.

Podczas ścieniania, na tylnej stronie płytki tworzy się uszkodzona warstwa, która zaburza strukturę krystaliczną i generuje naprężenia wewnętrzne. Podczas cięcia, uwolnienie naprężeń prowadzi do inicjacji mikropęknięć, które stopniowo rozprzestrzeniają się w duże pęknięcia tylnej strony płytki. Wraz ze zmniejszaniem się grubości płytki, jej odporność na naprężenia maleje, a odkształcenia rosną – co zwiększa prawdopodobieństwo powstawania wykruszeń tylnej strony płytki.

Wpływ odpryskiwania na odpryski i środki zaradcze

Wpływ na wydajność układu scalonego

Odpryskiwanie znacznie zmniejszawytrzymałość mechanicznaNawet drobne pęknięcia krawędzi mogą rozprzestrzeniać się podczas pakowania lub użytkowania, prowadząc ostatecznie do pęknięcia chipa i awarii elektrycznej. Jeśli odpryski na przedniej stronie dotrą do obszarów obwodów, bezpośrednio zagrażają wydajności elektrycznej i długoterminowej niezawodności urządzenia.

Skuteczne rozwiązania dla chippingu płytek półprzewodnikowych

1. Optymalizacja parametrów procesu

Prędkość cięcia, posuw i głębokość cięcia powinny być dynamicznie dostosowywane na podstawie powierzchni płytki, rodzaju materiału, grubości i postępu cięcia w celu zminimalizowania koncentracji naprężeń.
Poprzez integracjęwidzenie maszynowe i monitorowanie oparte na sztucznej inteligencji, możliwe jest wykrywanie stanu ostrza i zachowania podczas odpryskiwania w czasie rzeczywistym, a parametry procesu można dostosowywać automatycznie, co zapewnia precyzyjną kontrolę.

2. Konserwacja i zarządzanie sprzętem

Regularna konserwacja maszyny do krojenia jest niezbędna, aby zapewnić:

• Precyzja wrzeciona

• Stabilność systemu przesyłowego

• Wydajność układu chłodzenia

Należy wdrożyć system monitorowania żywotności ostrza, aby mieć pewność, że mocno zużyte ostrza zostaną wymienione zanim spadek wydajności spowoduje odpryskiwanie.

3. Wybór i optymalizacja ostrza

Właściwości ostrza, takie jak:wielkość ziarna diamentu, twardość spoiwa i gęstość ziarnamają silny wpływ na zachowanie podczas chipowania:

• Większe ziarna diamentów zwiększają ryzyko powstawania odprysków na przedniej stronie.

• Mniejsze ziarna zmniejszają ryzyko powstawania odprysków, ale obniżają wydajność cięcia.

• Mniejsza gęstość ziarna zmniejsza ryzyko odpryskiwania, lecz skraca żywotność narzędzia.

• Miększe materiały wiążące zmniejszają odpryskiwanie, ale przyspieszają zużycie.

W przypadku urządzeń opartych na krzemie,wielkość ziarna diamentu jest najważniejszym czynnikiemWybór wysokiej jakości ostrzy z minimalną zawartością grubego ziarna i ścisłą kontrolą wielkości ziarna skutecznie zapobiega odpryskiwaniu na przedniej stronie, jednocześnie utrzymując koszty pod kontrolą.

4. Środki kontroli odprysków na tylnej stronie

Kluczowe strategie obejmują:

• Optymalizacja prędkości wrzeciona

• Wybór drobnoziarnistych diamentowych materiałów ściernych

• Zastosowanie miękkich materiałów wiążących i niskiego stężenia środków ściernych

• Zapewnienie precyzyjnego montażu ostrza i stabilnych wibracji wrzeciona

Zarówno zbyt wysokie, jak i zbyt niskie prędkości obrotowe zwiększają ryzyko pęknięcia tylnej części. Przechylenie łopatki lub wibracje wrzeciona mogą powodować odpryskiwanie tylnej części na dużej powierzchni. W przypadku ultracienkich płytek,obróbki następcze, takie jak CMP (polerowanie chemiczno-mechaniczne), trawienie na sucho i trawienie chemiczne na mokropomaga usunąć pozostałe warstwy uszkodzeń, uwolnić naprężenia wewnętrzne, zmniejszyć odkształcenia i znacząco zwiększyć wytrzymałość wiórów.

5. Zaawansowane technologie cięcia

Nowe metody cięcia bezkontaktowego i niskonaprężeniowego oferują dalsze udoskonalenia:

• Kostkowanie laseroweminimalizuje kontakt mechaniczny i redukuje odpryskiwanie dzięki przetwarzaniu o dużej gęstości energii.

• Cięcie strumieniem wodywykorzystuje wodę pod wysokim ciśnieniem zmieszaną z mikrościernymi materiałami, co znacznie redukuje naprężenia termiczne i mechaniczne.

Wzmocnienie kontroli jakości i inspekcji

W całym łańcuchu produkcyjnym – od kontroli surowców po weryfikację produktu końcowego – należy wprowadzić ścisły system kontroli jakości. Do tego celu potrzebny jest precyzyjny sprzęt kontrolny, taki jak:mikroskopy optyczne i skaningowe mikroskopy elektronowe (SEM)powinny być stosowane do dokładnego badania płytek po krojeniu, co pozwala na wczesne wykrywanie i korygowanie uszkodzeń w postaci odprysków.

Wniosek

Odpryskiwanie płytek to złożona, wieloczynnikowa wada obejmująca:parametry procesu, stan sprzętu, właściwości łopatek, naprężenie płytek i zarządzanie jakościąTylko poprzez systematyczną optymalizację we wszystkich tych obszarach można skutecznie kontrolować odpryskiwanie, co pozwala na poprawęwydajność produkcji, niezawodność układów scalonych i ogólna wydajność urządzenia.