Какво е отчупване на вафлата и как може да се реши проблемът?

Нарязването на пластини е критичен процес в производството на полупроводници и има пряко влияние върху качеството и производителността на крайния чип. В реалното производство,отчупване на вафла— особеноотчупване от предната странаиотчупване от задната страна—е чест и сериозен дефект, който значително ограничава производствената ефективност и добива. Отчупването не само влияе върху външния вид на стружките, но може да причини и необратими щети на техните електрически характеристики и механична надеждност.

Определение и видове чипиране на вафли

Отчупването на пластината се отнася допукнатини или счупване на материала по краищата на чипса по време на процеса на нарязванеОбикновено се категоризира вотчупване от предната странаиотчупване от задната страна:

• Отчупване от предната странавъзниква върху активната повърхност на чипа, който съдържа схеми. Ако отчупването се разпространи в областта на схемата, това може сериозно да влоши електрическите характеристики и дългосрочната надеждност.

• Отчупване от задната странаобикновено се случва след изтъняване на пластината, където се появяват пукнатини в основата или повредения слой от задната страна.

От структурна гледна точка,Отчупването от предната страна често е резултат от фрактури в епитаксиалните или повърхностните слоеве, докатоОтчупването на задната страна произлиза от увредени слоеве, образувани по време на изтъняване на пластината и отстраняване на материала на подложката..

Чипването от предната страна може да се класифицира допълнително на три вида:

1. Първоначално отчупване– обикновено се случва по време на етапа на предварително рязане, когато се монтира ново острие, характеризиращо се с неравномерни повреди по ръбовете.

2. Периодично (циклично) чипиране– появява се многократно и редовно по време на непрекъснати операции по рязане.

3. Необичайно чипване– причинени от биене на острието, неправилна скорост на подаване, прекомерна дълбочина на рязане, изместване на пластината или деформация.

Основни причини за отчупване на вафлата

1. Причини за първоначално нащърбване

• Недостатъчна точност на монтаж на острието

• Острието не е правилно подравнено в перфектна кръгла форма

• Непълно излагане на диамантени зърна

Ако острието е монтирано с лек наклон, възникват неравномерни сили на рязане. Ново острие, което не е адекватно обработено, ще покаже лоша концентричност, което ще доведе до отклонение от пътя на рязане. Ако диамантените зърна не са напълно открити по време на етапа на предварително рязане, не се образуват ефективни пространства за отчупване, което увеличава вероятността от отчупване.

2. Причини за периодично отчупване

• Повърхностно увреждане на острието от удар

• Изпъкнали диамантени частици с голям размер

• Адхезия на чужди частици (смола, метални отломки и др.)

По време на рязане могат да се образуват микропрорези поради удар от стружка. Големите изпъкнали диамантени зърна концентрират локално напрежение, докато остатъци или чужди замърсители по повърхността на острието могат да нарушат стабилността на рязане.

3. Причини за необичайно чипиране

• Биене на лопатката поради лош динамичен баланс при висока скорост

• Неправилна скорост на подаване или прекомерна дълбочина на рязане

• Изместване или деформация на пластината по време на рязане

Тези фактори водят до нестабилни сили на рязане и отклонение от предварително зададения път на рязане, което директно причинява счупване на ръбовете.

4. Причини за отчупване на задната страна

Отчупването на задната страна се получава предимно отнатрупване на напрежение по време на изтъняване и изкривяване на пластината.

По време на изтъняване, на задната страна се образува повреден слой, който нарушава кристалната структура и генерира вътрешно напрежение. По време на нарязването, освобождаването на напрежението води до образуване на микропукнатини, които постепенно се разпространяват в големи фрактури на задната страна. С намаляването на дебелината на пластината, нейната устойчивост на напрежение отслабва и изкривяването се увеличава, което прави отчупването на задната страна по-вероятно.

Въздействие на чипирането върху чиповете и контрамерки

Влияние върху производителността на чипа

Начупването силно намалявамеханична якостДори малки пукнатини по ръбовете могат да продължат да се разпространяват по време на опаковане или действителна употреба, което в крайна сметка води до счупване на чипа и електрическа повреда. Ако отчупването от предната страна нахлуе в областите на веригите, това директно компрометира електрическите характеристики и дългосрочната надеждност на устройството.

Ефективни решения за чипиране на вафли

1. Оптимизация на параметрите на процеса

Скоростта на рязане, подаването и дълбочината на рязане трябва да се регулират динамично въз основа на площта на пластината, вида на материала, дебелината и напредъка на рязане, за да се сведе до минимум концентрацията на напрежение.
Чрез интегриранемашинно зрение и мониторинг, базиран на изкуствен интелект, състоянието на острието и поведението при отчупване могат да бъдат открити в реално време и параметрите на процеса да се регулират автоматично за прецизен контрол.

2. Поддръжка и управление на оборудването

Редовната поддръжка на машината за нарязване на кубчета е от съществено значение, за да се гарантира:

• Прецизност на шпиндела

• Стабилност на преносната система

• Ефективност на охладителната система

Трябва да се внедри система за наблюдение на живота на остриетата, за да се гарантира, че силно износените остриета се подменят, преди спадът в производителността да причини нащърбване.

3. Избор и оптимизация на острието

Свойства на острието, като напримерразмер на диамантените зърна, твърдост на връзката и плътност на зърнатаимат силно влияние върху поведението при чипиране:

• По-големите диамантени зърна увеличават отчупването от предната страна.

• По-малките зърна намаляват отчупването, но по-ниска ефективност на рязане.

• По-ниската плътност на зърната намалява отчупването, но скъсява живота на инструмента.

• По-меките свързващи материали намаляват нащърбването, но ускоряват износването.

За устройства на силициева основа,Размерът на диамантените зърна е най-важният факторИзборът на висококачествени остриета с минимално съдържание на едри зърна и строг контрол на размера на зърната ефективно потиска отчупването от предната страна, като същевременно контролира разходите.

4. Мерки за контрол на отчупването от задната страна

Ключовите стратегии включват:

• Оптимизиране на скоростта на шпиндела

• Избор на финозърнести диамантени абразиви

• Използване на меки свързващи материали и ниска концентрация на абразив

• Осигуряване на прецизен монтаж на острието и стабилна вибрация на шпиндела

Прекалено високите или ниските скорости на въртене увеличават риска от счупване на задната страна. Наклонът на лопатката или вибрациите на шпиндела могат да причинят отчупване на голяма площ от задната страна. При ултратънки пластини,последващи обработки като CMP (химико-механично полиране), сухо ецване и мокро химическо ецванепомагат за премахването на остатъчните слоеве от повреди, освобождават вътрешното напрежение, намаляват деформацията и значително подобряват якостта на стружката.

5. Усъвършенствани технологии за рязане

Нововъзникващите методи за безконтактно рязане с ниско напрежение предлагат допълнително подобрение:

• Лазерно нарязване на кубчетаминимизира механичния контакт и намалява нащърбването чрез обработка с висока енергийна плътност.

• Рязане с водна струяизползва вода под високо налягане, смесена с микроабразиви, което значително намалява термичното и механичното напрежение.

Засилване на контрола и инспекцията на качеството

Трябва да се установи строга система за контрол на качеството по цялата производствена верига – от проверката на суровините до проверката на крайния продукт. Високопрецизно оборудване за проверка, като напримероптични микроскопи и сканиращи електронни микроскопи (SEM)трябва да се използва за щателно изследване на пластините след нарязване, което позволява ранно откриване и коригиране на дефекти от отчупване.

Заключение

Отчупването на пластината е сложен, многофакторен дефект, включващпараметри на процеса, състояние на оборудването, свойства на лопатките, напрежение на пластината и управление на качествотоСамо чрез систематична оптимизация във всички тези области може да се контролира ефективно отчупването, като по този начин се подобрявапроизводствен добив, надеждност на чипа и цялостна производителност на устройството.