Các loại cắt wafer cacbua silic

Cacbua silic là một vật liệu rất cứng và giòn (độ cứng Mohs 9,2), có thể gây ra các vấn đề khi xử lý. Điều này đặc biệt đúng trong quá trình back-end, trong đó các tấm bán dẫn phải được chia thành các chip riêng biệt trước khi được đóng gói.

1, Cắt lưỡi kim cương

Cắt bằng lưỡi kim cương cơ học là một kỹ thuật truyền thống để tách các tấm SiC.

Tấm wafer được gắn trên một màng màu xanh và được cắt bằng một lưỡi dao phủ kim cương quay với tốc độ cao. Chiều rộng của đường cắt thường nằm trong khoảng từ 50 đến 100 micron.

Do độ cứng của SiC nên tốc độ cắt của lưỡi cắt thấp hơn, độ mài mòn của lưỡi cắt cao hơn dẫn đến giá thành cao hơn. Ngoài ra, việc cắt bằng lưỡi dao có thể gây ra hiện tượng phân mảnh và tách lớp chip. với kích thước tấm wafer cacbua silic thay đổi từ đường kính 4 inch thành 6 inch, chiều dài đường băng tích lũy đã tăng hơn gấp đôi, vượt quá khả năng của một lưỡi dao tiêu chuẩn có thể thực hiện tất cả các công việc cắt. Kết quả là, lưỡi dao phải được thay thế trong khi wafer vẫn ở vị trí làm việc và có thể bị vỡ trong quá trình cắt, làm hỏng wafer.

Ví dụ, một chiếc wafer SiC vẽ nguệch ngoạc ở 100mm (4 inch) cần mất từ ​​6 đến 8 giờ và rất dễ gây ra hiện tượng gãy cạnh. Vì vậy, phương pháp xử lý kém hiệu quả truyền thống này đã dần được thay thế bằng phương pháp khắc laser.

2, Cắt bỏ bằng laser

Cắt bỏ bằng laser là một giải pháp thay thế cho việc cắt wafer cơ học. Chùm tia laser tập trung vào đường băng cắt. Vật liệu được làm nóng bằng năng lượng laser được hấp thụ. Điều này dẫn đến các khu vực bị ảnh hưởng nhiệt đáng kể và các vết nứt nhỏ. Màng xanh cũng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt, có thể ảnh hưởng đến quá trình đóng gói tiếp theo. Ngoài ra, tốc độ cắt bỏ rất thấp và cần phải thực hiện nhiều lần để tách chip. Số lần lặp lại phụ thuộc vào độ dày tấm wafer và tốc độ cắt. Để tránh cặn vật liệu trên chip, bề mặt của wafer phải được phủ một lớp bảo vệ. Nhược điểm chính của công nghệ cắt này là chất lượng cạnh thấp và năng suất thấp.

Trong quá trình cắt lén, chùm tia laser có bước sóng ngắn đi qua tấm bán dẫn SiC sẽ được tập trung vào bên trong vật liệu. Nó tạo ra một lớp khuyết tật cục bộ bên trong vật liệu, trở thành điểm khởi đầu cho quá trình tách wafer. Đầu tiên, chùm tia laser tập trung vào phần dưới của tấm bán dẫn và di chuyển lên từng lớp. Do quá trình phân chia, không có sự loại bỏ vật liệu trong đường cắt, dẫn đến không có vết rạch. Thứ hai, việc tách chip cuối cùng phải được thực hiện bằng quy trình nối cơ học riêng biệt cũng như sự giãn nở của màng xanh. Bởi vì tia laser làm nóng vật liệu bên trong tấm bán dẫn nên bề mặt tấm bán dẫn không bị hư hỏng do nhiệt. Những khiếm khuyết trong mẫu vòng cổ ngọc trai với các vùng chồng chéo chỉ có thể phát sinh bên trong vật liệu. Ngoài ra, mỗi tốc độ cắt là khoảng 200mm/s và trong một số ứng dụng có thể đạt tới 300mm/s. Tuy nhiên, tùy thuộc vào độ dày của vật liệu mà tia laser cần phải đi qua nhiều lần mới có thể tách rời con chip. Điều này dẫn đến hư hỏng các thành bên của chip do lớp bị thay đổi. Để tập trung chùm tia laser vào các điểm rất nhỏ bên trong wafer, chùm tia phân tán trên bề mặt phẳng trong đường cắt cần phải mịn và giảm thiểu. Để tránh sự phản xạ của tia laser, cần có đường băng không cắt bằng kim loại. Một nhược điểm khác là chiều rộng cần thiết để mở đường băng phụ thuộc vào độ dày tấm bán dẫn (thường là 40% độ dày tấm bán dẫn), có nghĩa là đối với tấm bán dẫn SiC tiêu chuẩn có độ dày 350μm, chiều rộng đường băng cắt tối thiểu cần thiết là 140μm.

3, cắt TLS

Tách nhiệt bằng Laser là một giải pháp thay thế nhanh chóng, sạch sẽ và tiết kiệm chi phí để tách các tấm silicon cacbua. Tia laser làm nóng vật liệu và tạo ra một vùng ứng suất nén được bao quanh bởi mô hình ứng suất kéo tiếp tuyến. Sau đó, một lượng rất nhỏ nước khử ion được phun ra, tạo ra vùng làm mát thứ hai gần vùng thứ nhất, gây ra dạng ứng suất kéo tiếp tuyến. Ứng suất kéo được tạo ra ở vùng nơi hai dạng ứng suất chồng lên nhau, mở ra và dẫn đầu vết nứt xuyên qua toàn bộ vật liệu.

Cắt TLS là quy trình một bước có thể tách các tấm bán dẫn có toàn bộ độ dày ở tốc độ tách lên tới 300mm/s. Điểm bắt đầu là một vết xước nông cục bộ hoặc liên tục trên bề mặt tấm bán dẫn. Vì cắt TLS là một quá trình phân chia nên nó có khả năng giảm chiều rộng của đường cắt và tăng số lượng chip trên mỗi tấm bán dẫn. Các cạnh của chip mịn, không có ứng suất dư hoặc các vết nứt nhỏ và vùng phân mảnh. Cấu trúc kim loại (PCM) trên đường băng phía trước và polyimide trên chip đều có thể chấp nhận được. Ngoài ra, do sự phân tách bắt nguồn từ thùy chứ không phải từ sự phân tách/gãy vật lý tiếp theo, nên kim loại nền có thể được tách ra mà không bị phân tách hoặc bị ảnh hưởng bởi nhiệt. Phân tích năng suất bằng quy trình cắt TLS trên tấm bán dẫn của thiết bị điện điển hình có mặt sau được mạ kim loại hoàn toàn cho thấy hiệu suất trung bình của các cấu trúc polyimide và kim loại trên đường cắt vượt quá 98%.

4,Viết nguệch ngoạc bằng tia laser hướng dẫn bằng nước

Laser dẫn hướng nước là tập trung tia laser vào cột nước vi mô, đường kính của cột nước thay đổi tùy theo khẩu độ vòi phun, có các thông số kỹ thuật khác nhau từ 100 ~ 30 μm. Sử dụng nguyên lý phản xạ toàn phần giữa cột nước và bề mặt không khí, tia laser sẽ được truyền dọc theo hướng di chuyển của cột nước sau khi được đưa vào cột nước. Nó có thể được xử lý trong phạm vi ổn định của cột nước và khoảng cách làm việc hiệu quả quá dài đặc biệt thích hợp để cắt các vật liệu dày. Khi cắt laser truyền thống, sự tích tụ và dẫn truyền năng lượng là nguyên nhân chính gây ra tổn hại nhiệt ở cả hai phía của đường cắt và tia laser dẫn hướng bằng nước sẽ nhanh chóng lấy đi nhiệt dư của từng xung do vai trò của cột nước và sẽ không tích tụ trên phôi nên đường cắt sạch sẽ. Dựa trên những ưu điểm này, về mặt lý thuyết, cacbua silic cắt laser dẫn hướng bằng nước là một lựa chọn tốt, nhưng công nghệ khó khăn, độ hoàn thiện của thiết bị liên quan không cao, vì đây là bộ phận dễ bị mòn của vòi phun, khó sản xuất lớn, nếu không thể Kiểm soát chính xác và ổn định cột nước cực nhỏ, các giọt nước bắn tung tóe làm bào mòn chip, ảnh hưởng đến năng suất. Do đó, quy trình này vẫn chưa được áp dụng để sản xuất tấm silicon cacbua.

Fountyl Technologies PTE Ltd chuyên về mâm cặp chân không bằng gốm, cung cấp vật cố định bằng gốm tốt nhất cho quy trình cắt SIC, các loại mâm cặp khác nhau có kích thước 2/3/6/8/12/14 inch.