In de productie van halfgeleiders is een siliciumwafer de basis waarop duizenden of zelfs miljoenen geïntegreerde schakelingen worden vervaardigd.na voltooiing van front-endprocessen zoals lithografieDe wafer is nog steeds een groot cirkelvormig substraat dat meerdere individuele halfgeleiderapparaten bevat.

Om deze wafer te transformeren in afzonderlijke functionele chips, is een kritische productiestap die wafer dicing wordt genoemd, vereist.

Wafers in stukken hakkenis het proces waarbij een halfgeleiderwafel nauwkeurig in afzonderlijke matrices wordt gesneden, terwijl schade wordt geminimaliseerd, de randkwaliteit wordt gehandhaafd en een hoge productieopbrengst wordt gewaarborgd.Als halfgeleiderapparaten kleiner en geavanceerder worden, wafer dicing technologie is steeds belangrijker geworden voor toepassingen zoals CPU's, geheugen chips, power devices, MEMS, sensoren, LED's, en geavanceerde verpakkingen.

In dit artikel worden de principes, belangrijkste methoden, processtappen, uitdagingen en toekomstige trends van waferdicttechnologie uitgelegd.

1Wat is Wafer Dicing?

Wafer dicing is een halfgeleiderseparatieproces waarbij een verwerkte wafer wordt gesneden in individuele halfgeleiderstelen (chips).

Een voltooide wafer bevat meestal honderden of duizenden herhaalde apparaatpatronen in een rasterstructuur.

Het doel van het in stukken snijden van wafers is:

• Afzonderlijke chips van de wafer scheiden
• Behoud van de elektrische prestaties van elke matrijs
• Verminderen van mechanische schade
• Hoge productieopbrengsten behouden
• Voorbereiden van chips voor verpakking en montage

Na het in stukken snijden worden de individuele matrijzen meestal overgebracht naar de volgende fasen:

Stempelinspectie → Stempelsortering → Verpakking → Beproeving → Eindproduct van halfgeleiders

2- Positie van wafersnijden in de halfgeleiderindustrie

Het productieproces van halfgeleiders kan in het algemeen in drie grote fasen worden onderverdeeld:

Front-end productie

Front-end processen creëren halfgeleiderapparaten op het oppervlak van de wafer.

Typische stappen zijn:

• Reiniging van wafers
• Oxidatie
• Dunne film afzetting
• Fotolithografie
• Etsen
• Ionimplantatie
• Metalen onderlinge verbinding

In dit stadium bevat de wafer meerdere voltooide circuits, maar blijft het als één groot substraat.

Back-end productie

Wafers in stukken snijden hoort bij het back-end proces.

De belangrijkste stappen zijn:

1. Inspectie van wafers
2. Montage van wafers
3. Wafers verdunnen (indien nodig)
4. Wafers in stukken hakken
5. Drijfschoonmaak
6. Deelinspectie
7. Verpakking

Verpakking en montage

Na het in stukken snijden:

• Afzonderlijke matrijzen worden aan de verpakkingen bevestigd.
• Er worden elektrische verbindingen gemaakt.
• Beschermingsstructuren worden toegevoegd

Voorbeelden hiervan zijn:

• Verpakkingen voor het binden van draad
• Flip-chipverpakkingen
• Verpakkingen op waferniveau
• 2.5D en 3D geavanceerde verpakkingen

3Waarom wafers snijden een cruciaal proces is

Hoewel wafers in stukken te snijden een eenvoudige snijoperatie lijkt te zijn, heeft dit rechtstreeks invloed op de prestaties van de halfgeleider en de productiekosten.

3.1 Invloed op de opbrengst

Een beschadigde mat niet gebruikt.

De meest voorkomende defecten bij het kiezen zijn:

• Eindsplintering
• Raken
• Delaminatie
• Verontreiniging van oppervlakken
• Schade aan de metalen laag

Zelfs een geringe toename van het gebrek kan een aanzienlijke invloed hebben op de productiekosten van halfgeleiders.

3.2 Vereisten inzake de grootte van kleinere apparaten

Moderne halfgeleidertechnologieën vereisen:

• Kleine afmetingen
• Vernauwde snijbanen
• Hoger nauwkeurigheid

Geavanceerde processoren en geheugenapparaten bevatten vaak extreem dichte structuren, die een snijnauwkeurigheid op microniveau vereisen.

3.3 Materiële uitdagingen

Verschillende halfgeleiders hebben verschillende mechanische eigenschappen.

Bijvoorbeeld:

4. Hoofdmethoden voor het snijden van wafers

Er worden verschillende waferseparatietechnologieën gebruikt, afhankelijk van wafermateriaal, dikte, apparaatstructuur en toepassingsvereisten.

4.1 Snijden van het mes

Blade dicing is de meest gebruikte methode voor het snijden van wafers.

Werkingsbeginsel

Een met hoge snelheid draaiende diamanten lemmet snijdt de wafer langs de aangewezen snijbanen.

Het lemmet bevat diamantdeeltjes die een hoge snijdoeltreffendheid bieden.

Typisch proces:

1. Wafers op plakband
2. Snijpad uitlijnen
3. Roteren van het diamantenblad bij hoge snelheid
4. Gebruik koelwater
5. Snij wafers in afzonderlijke matrijzen

Voordelen

• Volwassen technologie
• Hoge productie-efficiëntie
• Geschikt voor veel siliciumwafers
• Lagere apparatuurkosten

Beperkingen

• Mechanische spanningsopwekking
• Snijden van afval
• slijtage van het mes
• Beperkt voor ultradunne wafers

Blade dicing blijft dominant in veel halfgeleiderfabrieken vanwege zijn betrouwbaarheid en kosteneffectiviteit.

4.2 Lasersnijden

Met laserdicing wordt gefocuste laserenergie gebruikt om halfgeleiderwafels te scheiden.

Er zijn verschillende benaderingen:

Oppervlaktelasersnijden

De laser verwijdert direct materiaal langs snijpaden.

Stealth Dicing

Een laser creëert interne gemodificeerde lagen in de wafer zonder het oppervlak te beschadigen.

De wafer wordt vervolgens gescheiden door middel van gecontroleerde mechanische uitbreiding.

Voordelen

• Verminderde mechanische belasting
• Smalle snijbreedte
• geschikt voor dunne wafers
• Schade aan de onderrand

Toepassingen

Lasersnijden wordt veel gebruikt voor:

• MEMS-apparaten
• Beeldsensoren
• Geavanceerde verpakking
• met een breedte van niet meer dan 50 mm

4.3 Plasmascheuren

Plasmasnijden maakt gebruik van plasmasnijtechnologie om matrices te scheiden.

In plaats van mechanisch te snijden, verwijdert plasma halfgeleidermateriaal chemisch.

Voordelen

• Extremely narrow kerf width Extremely narrow kerf width Extremely narrow kerfbreedte
• Minimale mechanische belasting
• geschikt voor complexe waferconstructies

Uitdagingen

• Hoger uitrustingsinvestering
• Meer complexe procescontrole

5. Wafer-snijprocesstroom

Een typisch proces voor het in stukken snijden van wafers omvat de volgende stappen.

Stap 1: Inspectie van wafers

Voordat de wafers in stukken worden gesneden, worden ze geïnspecteerd op:

• Oppervlaktefouten
• Aligneringsnauwkeurigheid
• Patroonkwaliteit
• Bestaande schade

Geavanceerde inspectiesystemen kunnen gebruikmaken van:

• Optische microscopie
• Laserinspectie
• Geautomatiseerde detectie van gebreken

Stap 2: Bevestiging van wafers

De wafer wordt met behulp van speciale kleefband aan een blokkenraam bevestigd.

Op de band staat:

• Mechanische ondersteuning
• Deeltjeshoudend vermogen
• Bescherming tijdens het snijden

Stap 3: Afstemming van de wafers

De plakmachine identificeert:

• Waferoriëntatie
• Afstemmingstekens
• Snijden van straten

Een zeer nauwkeurige uitlijning zorgt voor een nauwkeurige scheiding.

Stap 4: Snijproces

De wafer wordt gescheiden volgens vooraf gedefinieerde snijbanen.

Belangrijke parameters zijn:

• Snelheid van het mes
• Voerpercentage
• Snijdiepte
• Koelcondities
• Vibratiebeheersing

Stap 5: Schoonmaken

Na het snijden kunnen wafers:

• Siliciumdeeltjes
• Snijden van afval
• Metalenverontreiniging

Reiniging verwijdert ongewenste deeltjes voordat de matras wordt behandeld.

Stap 6: De inspectie

Elke mat wordt geïnspecteerd op:

• Raken
• Kwaliteit van de rand
• Verontreiniging van oppervlakken
• Dimensionele nauwkeurigheid

Defecte matrijzen worden vóór verpakking verwijderd.

6Belangrijke Wafer Dicing Parameters

Kerfbreedte

De breedte van de kerf is de breedte van het materiaal dat tijdens het snijden wordt verwijderd.

Een kleinere beugel maakt het mogelijk:

• Meer matrijzen per wafer
• Hoger gebruik van wafers
• Lagere productiekosten

Grootte van de chips

Chipping verwijst naar kleine breuken aan de randen van de wafer.

Grote chips kunnen veroorzaken:

• Betrouwbaarheidsproblemen
• Pakketfouten

Snijnauwkeurigheid

Een hoge precisie zorgt ervoor dat:

• Korrekte afmetingen
• Betere compatibiliteit van verpakkingen

Oppervlaktebeschadiging

Overmatige snijspanning kan leiden tot:

• Micro-scheuren
• Kristaldefecten
• Elektrische betrouwbaarheidsproblemen

7. Uitdagingen bij geavanceerde waferverdeling

7.1 Verwerking van ultradunne wafers

Moderne halfgeleiderapparaten maken steeds vaker gebruik van dunne wafers.

De uitdagingen zijn onder meer:

• Breuk van de wafer
• Problemen met de behandeling
• Beheersing van de warpage

7.2 Harde halfgeleidermaterialen

Grote bandbreedte materialen zoals SiC en saffier zijn moeilijk te snijden vanwege hun hoge hardheid.

Bijvoorbeeld:

SiC heeft uitstekende elektrische en thermische eigenschappen, maar vereist gespecialiseerde technieken voor het in stukken delen vanwege:

• Hoge hardheid
• Hoge breekbaarheid
• Sterke kristallenstructuur

7.3 Geavanceerde verpakkingsvoorschriften

Technologieën zoals:

• Chiplet architectuur
• High Bandwidth Memory (HBM)
• 3D-integratie

vereisen:

• Kleine sterfgevallen
• Betere randkwaliteit
• Meer nauwkeurige scheiding

8. Toekomstige trends van waferdicingtechnologie

8.1 Laserscheiding

De lasertechnologieën zullen blijven groeien omdat zij:

• Minder schade
• Hoger nauwkeurigheid
• Betere compatibiliteit met dunne wafers

8.2 AI-gebaseerde procescontrole

Kunstmatige intelligentie wordt ingevoerd voor:

• Defectdetectie
• Optimalisatie van snijparameters
• Verbetering van de opbrengst

8.3 Verwerking van geavanceerde materialen

Toekomstige technologieën voor de verdeling van de potten moeten de volgende mogelijkheden bieden:

• SiC-wafers
• GaN-wafers
• met een gewicht van niet meer dan 10 kg
• met een breedte van niet meer dan 50 mm

voor de volgende generatie elektronica.

Conclusies

Wafer snijden is een cruciaal halfgeleider productieproces dat een voltooide wafer transformeert in individuele halfgeleider chips.het vereist een geavanceerde beheersing van mechanische spanningen, nauwkeurige uitlijning, materiaal eigenschappen en verontreinigingsbeheer.

Traditionele blade dicing wordt nog steeds veel gebruikt vanwege zijn volwassenheid en efficiëntie, terwijl laser dicing en plasma dicing steeds belangrijker worden voor geavanceerde halfgeleidertoepassingen.

Aangezien halfgeleiderapparaten verder gaan naar kleinere geometrieën, hogere vermogendichtheid en geavanceerde verpakkingsarchitecturen, zal de waferdicttechnologie een belangrijke factor blijven bij het verbeteren van de chipprestaties,betrouwbaarheid en productieopbrengst.