ترقيق الرقاقات وتقطيعها وتنظيفها للحصول على رقائق فائقة الرقة: دليل شامل للعملية

يكمن في قلب كل هاتف ذكي أنحف، ووحدة طاقة أقوى، وحزمة ثلاثية الأبعاد أكثر كثافة، رقاقة رقيقة للغايةغالبًا ما تُطحن الرقاقات إلى أقل من 100 ميكرومتر. ويتطلب تحقيق هذا الحد الأدنى من السماكة دون تشققات أو اعوجاج أو تلف تحت السطح تسلسلًا متكاملًا بدقة لتركيب الرقاقات، وطحن الجانب الخلفي، والتنظيف، والتقطيع. ومع التبني السريع لـ SiC و GaN أما بالنسبة للأجهزة الخاصة بالمركبات الكهربائية والبنية التحتية لشبكات الجيل الخامس، فإن التحديات تصبح أكثر حدة: فهذه المواد الصلبة الهشة تتطلب تقنية تقطيع متخصصة والتحكم في التلوث. قيمة المهووسين تقدم مجموعة كاملة من معدات معالجة الرقائق - من آلة التركيب إلى آلة الطحن إلى منشار التقطيع إلى آلة التنظيف - المصممة لتقديم إنتاجية عالية على خطوط 8 بوصة و 12 بوصة.

الخطوة 1: التثبيت بشريط لاصق واقٍ - أساس خالٍ من التلف

قبل أي عملية ترقيق أو تقطيع، يتم تغليف الجانب الأمامي للرقاقة بشريط تقطيع واقٍ، سواء كان مقاومًا للأشعة فوق البنفسجية أو غير مقاوم لها. قد تتسبب فقاعة هواء واحدة محصورة تحت الشريط في نقطة تركيز للضغط، مما يؤدي إلى تشققات دقيقة أثناء عملية الطحن. جهاز تركيب الرقاقات تستخدم هذه التقنية وحدة تغليف أسطوانية خاصة ذات نطاق شد مُتحكم به يتراوح بين 0.5 نيوتن و5 نيوتن، ويتم ضبطه في الوقت الفعلي بناءً على سُمك الرقاقة ومادتها. يقوم نظام رؤية بفحص سطح التغليف بدقة 10 ميكرومتر، ويرفض أي رقاقة تحتوي على فقاعات يزيد قطرها عن 50 ميكرومتر.

بالنسبة للرقاقات فائقة الرقة (السمك المستهدف < 50 ميكرومتر)، نوصي عادةً بـعملية الشريط المزدوجشريط حماية للسطح على الجهة الأمامية وشريط دعم صلب أو حامل زجاجي على الجهة الخلفية. يمكن لآلات التركيب لدينا تطبيق كلا الشريطين بالتتابع في دورة آلية واحدة دون تدخل يدوي. في تقييم مستقل أجرته شركة أوروبية رائدة في مجال تصنيع أنظمة MEMS، قلل نظام تركيب الشريط من GeekValue من تشقق الحواف الناتج عن الطحن بنسبة 34% مقارنةً بالتركيب اليدوي.

الخطوة الثانية: الصقل من الخلف - التحكم في التفاوتات الكلية للسمك والتلف تحت السطح

تزيل عملية طحن الرقاقات السيليكون (أو كربيد السيليكون/نيتريد الغاليوم) من الجانب الخلفي باستخدام عجلة طحن خشنة متبوعة بعجلة تلميع دقيقة. المقياس الرئيسي هنا هو التباين الكلي في السماكة (TTV)—الفرق بين أسمك وأرق نقطة على سطح الرقاقة. بالنسبة لرقاقات السيليكون مقاس 12 بوصة التي تستهدف سمكًا نهائيًا يبلغ 80 ميكرومترًا، فإن GeekValue's GV-WG950 تُنتج المطحنة باستمرار قيمة TTV تبلغ ≤ 2.0 ميكرومتر.

الطحن المباشر مقابل الطحن التدريجي: أيهما تختار؟

تجمع آلات الطحن من GeekValue بين المرحلتين على مغزل واحد مع تغيير تلقائي للعجلة، مما يسمح بتنفيذ عملية "الطحن الخشن + التلميع الدقيق" دون تدخل المشغل. بالنسبة لرقائق كربيد السيليكون، حيث تؤدي صلابة المادة (9.5 على مقياس موس) إلى تقصير عمر العجلة بشكل كبير، تستخدم آلات الطحن لدينا نظامًا آليًا لتجهيز العجلة يعيد حدة القطع كل 50 رقاقة. هذا يطيل عمر عجلة الماس بنسبة 40% تقريبًا ويحافظ على استقرار قيمة TTV طوال فترة الإنتاج.

تخفيف التوتر من خلال التلميع الجاف ودمج تقنية التلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP)

حتى مع استخدام ورق الصنفرة ذي الحبيبات الدقيقة، طبقة التلف تحت السطحي تبقى بعض الشوائب (عادةً ما تكون من السيليكون غير المتبلور أو المتشقق بدقة متناهية). إذا تُركت دون معالجة، فإنها تُضعف مقاومة رقاقة السيليكون للكسر وقد تُسبب تشوهها بعد عملية الترقق. تستخدم وحدة ما بعد الطحن من GeekValue عجلة تلميع جافة لإزالة ما يقارب 1-2 ميكرومتر من المادة التالفة، مما يُعيد سلامة السطح. بالنسبة للعملاء الذين يستهدفون أعلى قوة ممكنة للرقاقة (مثل وحدات الطاقة في السيارات)، نوفر واجهة لأدوات التلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP) اللاحقة، مع تصميم مُناولة الرقاقات لتجنب تأثير الحواف.

الخطوة 3: تنظيف الرقاقة - إزالة الجزيئات للحصول على تقطيع مثالي

بعد عملية الطحن، يتلوث سطح الرقاقة بغبار السيليكون، وبقايا سائل الطحن، وآثار المعادن. كما أن عملية التقطيع تُنتج المزيد من الجزيئات الدقيقة. لذا، يُعد التنظيف الشامل ضروريًا قبل الفحص، أو تركيب الرقاقة، أو عملية الربط. نظام تنظيف الرقاقة الواحدة تستخدم هذه التقنية مزيجًا من التحريك بالموجات فوق الصوتية (1.2 ميجاهرتز)، ونفاثات الماء منزوع الأيونات عالية الضغط (تصل إلى 8 ميجا باسكال)، وتركيبة كيميائية قلوية منخفضة التركيز (درجة حموضة 8.5) لرفع وإزالة الجزيئات حتى 0.1 ميكرومتر دون إتلاف الرقاقة الرقيقة الهشة.

وصفة التنظيف الخاصة بنا لرقائق السيليكون بسمك 100 ميكرومتر وقطر 12 بوصة:

1. الشطف المسبق: شطف بالماء منزوع الأيونات لمدة 15 ثانية بسرعة 500 دورة في الدقيقة.

2. صرف المواد الكيميائية: 40 ثانية من محلول SC-1 المخفف المكافئ عند درجة حرارة 40 درجة مئوية مع تشغيل الموجات فوق الصوتية.

3. الشطفة الرئيسية: 60 ثانية من الماء منزوع الأيونات بسرعة 1200 دورة في الدقيقة، مع تفعيل خاصية نفث الحافة.

4. جاف: تجفيف بالطرد المركزي لمدة 90 ثانية مع ضخ النيتروجين، ثم زيادة السرعة تدريجياً إلى 3000 دورة في الدقيقة.

يُظهر فحص الجسيمات بعد التنظيف (باستخدام نظام KLA-Tencor Surfscan) بشكل روتيني أقل من 10 جسيمات مضافة بحجم ≥ 0.2 ميكرومتر لكل رقاقةمما يجعل السطح جاهزًا لتنشيط البلازما أو الربط.

الخطوة الرابعة: التقطيع - قطع نظيفة على السيليكون، وكربيد السيليكون، ونيتريد الغاليوم

تفصل عملية التقطيع الرقاقة إلى شرائح فردية. وتتضاعف التحديات باختلاف المادة: فالسيليكون متسامح نسبيًا، لكن كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم عرضة للتشقق وانتشار الشقوق. منصة منشار التقطيع من جيك فاليو، GV-DS650، يقبل كلاً من تقطيع الشفرات الماسية والحفر بالليزر (مع وحدة ليزر اختيارية)، ويغطي حجم الركيزة من 6 بوصات إلى 12 بوصة في هيكل واحد.

تقطيع السيليكون بكميات كبيرة باستخدام الشفرات

بالنسبة لرقائق السيليكون، يُعدّ التقطيع باستخدام مغزل مزدوج وشفرة ماسية مُلصقة بالراتنج الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة. يُحقق منشارنا عرض شق ضيقًا للغاية. 30 ميكرومتر باستخدام شفرة بسمك 25 ميكرومتر، يتم تقليل عرض الشارع المطلوب بشكل ملحوظ وزيادة عدد الرقاقات لكل شريحة. تقيس كاميرا CCD بدقة 1 ميكرومتر تآكل الشفرة في الوقت الفعلي، وتضبط عمق القطع تلقائيًا. يبقى حجم الرقائق على رقاقات السيليكون بسمك 780 ميكرومتر أقل من 5 ميكرومتر (الجانب العلوي) حتى بعد 10000 عملية قطع - وهو رقم استقرار تم تحقيقه من خلال التخميد النشط للاهتزازات في غلاف المغزل.

تقنية التخديد بالليزر والتقطيع الخفي للمواد الصلبة الهشة

تتطلب رقائق السيليكون كاربيد (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN) أسلوبًا مختلفًا. تؤدي صلابتها العالية إلى تآكل سريع للشفرة وظهور تشققات دقيقة على طول حافة القطع. تستخدم وحدة تقطيع الليزر من GeekValue ليزرًا نبضيًا نانوثانية (355 نانومتر) لاستئصال أخدود بعمق 15-20 ميكرومترًا أولًا؛ ثم يفصل القطع الميكانيكي للشفرة الرقائق بأقل قوة ممكنة. تقلل هذه العملية الهجينة من التكسر بأكثر من 80% مقارنةً بالتقطيع بالشفرة فقط، كما هو موضح في اختبار مباشر على رقائق MOSFET من السيليكون كاربيد أُجري في مختبر التطبيقات لدينا.

تُظهر البيانات بوضوح أن أساليب الليزر الهجينة أو الكاملة تعمل على تحسين قوة الرقاقة بشكل كبير - وهو معيار حاسم لأجهزة طاقة SiC التي يجب أن تتحمل دورات حرارية من -40 درجة مئوية إلى +175 درجة مئوية.

دمج الخطوات الأربع: مفهوم خط عملية القيمة التقنية

يُعدّ عدم تزامن عمليات التسليم بين مُركِّب الأشرطة، وآلة الطحن، وآلة التنظيف، ومنشار التقطيع، من الأسباب الشائعة لفقدان الإنتاجية. تمتص الرقاقات التي تُترك مكشوفة لفترة طويلة بعد الطحن الرطوبة، كما أن كثرة التعامل معها بعد التنظيف تُعيد تلوث أسطحها. يربط خط معالجة الرقاقات في GeekValue المحطات الأربع جميعها عبر واجهة SECS/GEM مشتركة وبيئة مركزية مصغّرة تحافظ على مستوى نظافة ISO Class 3. يتم تتبع حاويات SMIF أو الكاسيتات المفتوحة بتقنية RFID، ويتلقى نظام إدارة التصنيع (MES) بيانات فورية حول إجمالي حجم الرقاقات (TTV)، وعدد جزيئات التنظيف، وحجم رقائق التقطيع لكل رقاقة.

بالنسبة لأحد العملاء الذي يقوم بترقية إنتاجه من شاشات كربيد السيليكون من 8 بوصات إلى 12 بوصة، قمنا مؤخرًا بتسليم خط إنتاج كامل حقق معدل إنتاج من المحاولة الأولى قدره 99.2% في غضون ثلاثة أسابيع من التركيب، ويعود ذلك بشكل كبير إلى نظام التحكم ذي الحلقة المغلقة ومعايير التشغيل الموحدة في جميع الوحدات. وقد بقي مهندسو التطبيقات لدينا في الموقع طوال فترة التأهيل، حيث قاموا بضبط تسلسل حبيبات عجلة التجليخ بدقة لتناسب بنية طبقة السيليكون كاربايد (SiC) الخاصة بالعميل.

إيجاد الشريك المناسب لمعدات التقطيع والتقطيع إلى مكعبات

يجب أن يتجاوز تقييم سعر آلة طحن وتخفيف رقائق السيليكون التكلفة الرأسمالية الأولية. ضع في اعتبارك تكلفة المواد الاستهلاكية (عجلات الطحن، شفرات التقطيع، شريط الأشعة فوق البنفسجية)، واستقرار قيمة TTV على مدار عمر العجلة، ودعم خدمة وحدة الليزر إذا كنت تعمل مع كربيد السيليكون (SiC) أو نتريد الغاليوم (GaN). تقدم GeekValue نموذجًا شفافًا للتكلفة الإجمالية للملكية (TCO) وتوفر ضمانًا شاملاً لمدة 24 شهرًا على جميع معدات معالجة رقائق السيليكون. يضمن مركز قطع الغيار التابع لنا في سنغافورة وأوروبا وصول المواد الاستهلاكية الأساسية إلى مصنعك في غضون 48 ساعة.

إذا كنت تواجه تحديات في تقطيع الرقائق الرقيقة، أو إنتاجية تقطيع GaN، أو حالات فشل الربط المتعلقة بالجسيمات، تواصل مع فريقنا للحصول على مراجعة للعملية أو عرض توضيحي مسجل لأحدث منشار تقطيع مقاس 12 بوصة وجهاز تنظيف الرقاقات الفردية أثناء العمل.