01
Kirish
Gofretlarni kesish yarimo'tkazgichli qurilmalar ishlab chiqarishning muhim qismidir. Kesish usuli va sifati gofretning qalinligi, pürüzlülüğü, o'lchamlari va ishlab chiqarish xarajatlariga bevosita ta'sir qiladi va qurilma ishlab chiqarishga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Silikon karbid, uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiali sifatida, elektr inqilobini boshqaradigan muhim materialdir. Yuqori sifatli kristalli kremniy karbidining ishlab chiqarish narxi juda yuqori va odamlar odatda katta kremniy karbid ingotini iloji boricha ko'proq yupqa kremniy karbidli gofret substratlariga kesishga umid qilishadi. Shu bilan birga, sanoatning o'sishi gofret o'lchamlarini bosqichma-bosqich oshirishga olib keldi, bu esa kesish jarayonlariga talablarni oshirdi. Biroq, kremniy karbid juda qattiq, Mohs qattiqligi 9,5, olmosdan (10) keyin ikkinchi o'rinda turadi va u ham mo'rt bo'lib, kesishni qiyinlashtiradi. Hozirgi vaqtda sanoat usullari odatda atala simini arralash yoki olmosli simni arralashdan foydalanadi. Kesish vaqtida kremniy karbid ingotining atrofiga teng masofada joylashgan mahkamlangan simli arralar joylashtiriladi va ingot cho'zilgan simli arralar yordamida kesiladi. Tel arra usulidan foydalanib, gofretlarni 6 dyuymli diametrli ingotdan ajratish taxminan 100 soat davom etadi. Olingan gofretlar nisbatan keng yoriqlarga, qo'polroq sirtlarga va 46% gacha moddiy yo'qotishlarga ega. Bu kremniy karbidli materiallardan foydalanish narxini oshiradi va ularning yarimo'tkazgich sanoatida rivojlanishini cheklaydi, bu esa kremniy karbidli gofretni kesishning yangi texnologiyalarini tadqiq qilish zarurligini ta'kidlaydi.
So'nggi yillarda yarimo'tkazgich materiallarini ishlab chiqarishda lazerni kesish texnologiyasidan foydalanish tobora ommalashib bormoqda. Ushbu usul materialning sirtini yoki ichki qismini o'zgartirish va shu bilan uni ajratish uchun qaratilgan lazer nurlaridan foydalanish orqali ishlaydi. Kontaktsiz{2}}protsess sifatida u asbobning eskirishini va mexanik kuchlanishni oldini oladi. Shu sababli, u gofret yuzasining pürüzlülüğünü va aniqligini sezilarli darajada yaxshilaydi, keyingi abraziv jarayonlarga bo'lgan ehtiyojni yo'q qiladi, material yo'qotilishini kamaytiradi, xarajatlarni kamaytiradi va an'anaviy silliqlash va parlatish natijasida yuzaga keladigan atrof-muhit ifloslanishini kamaytiradi. Lazerli kesish texnologiyasi kremniy ingotlarini kesish uchun uzoq vaqtdan beri qo'llanilgan, ammo uni kremniy karbid sohasida qo'llash hali ham etuk emas. Hozirgi vaqtda bir nechta asosiy texnikalar mavjud.
02
Suvli{0}}Lazerli kesish
Lazer mikro{1}}reaktiv texnologiyasi sifatida ham tanilgan suv{0}}boshqariladigan lazer texnologiyasi (Laser MicroJet, LMJ) bosimli modulyatsiyalangan suv kamerasi-bo‘ylab o‘tayotganda lazer nurini nozulga qaratish tamoyili asosida ishlaydi. Ko‘krakdan past bosimli suv oqimi chiqariladi va suvning havo interfeysidagi-sindirish indeksidagi farq tufayli lazerning suv oqimining yo‘nalishi bo‘yicha tarqalishiga imkon beruvchi yorug‘lik to‘lqin o‘tkazgichi hosil bo‘ladi. Bu material sirtini qayta ishlash va kesish uchun yuqori-bosimli suv oqimini boshqaradi. Suv bilan boshqariladigan lazer bilan kesishning asosiy afzalligi-uning kesish sifatidadir. Suv oqimi nafaqat kesish maydonini sovutibgina qolmay, termal deformatsiyani va materialning termal shikastlanishini kamaytiradi, balki ishlov berish qoldiqlarini ham olib tashlaydi. Tel arra bilan kesish bilan solishtirganda, bu sezilarli darajada tezroq. Biroq, suv turli xil lazer to'lqin uzunliklarini turli darajada o'zlashtirganligi sababli, lazer to'lqin uzunligi cheklangan, birinchi navbatda 1064 nm, 532 nm va 355 nm.
1993 yilda shveytsariyalik olim Beruold Richerjagen birinchi marta ushbu texnologiyani taklif qildi. U xalqaro miqyosda birinchi o'rinda turadigan, suv{2}}boshqariladigan lazer texnologiyasini tadqiq qilish, ishlab chiqish va tijoratlashtirishga bag'ishlangan Synova kompaniyasiga asos soldi. Mahalliy texnologiya nisbatan orqada, lekin Innolight va Shengguang Silicon Research kabi kompaniyalar uni faol rivojlantirmoqda.
03
Stealth Dicing
Stealth Dicing (SD) bu usul bo'lib, lazer kremniy karbid gofreti ichiga uning yuzasi orqali yo'naltirilib, kerakli chuqurlikda o'zgartirilgan qatlam hosil qilib, gofretni ajratish imkonini beradi. Gofret yuzasida hech qanday kesmalar yo'qligi sababli, yuqori ishlov berish aniqligiga erishish mumkin. Nanosoniyali impuls lazerlari bilan SD jarayoni allaqachon kremniy gofretlarini ajratish uchun sanoatda ishlatilgan. Shu bilan birga, nanosekundli impulsli lazerlar tomonidan qo'zg'atilgan silikon karbidni SD qayta ishlash jarayonida pulsning davomiyligi silikon karbiddagi elektronlar va fononlar o'rtasidagi bog'lanish vaqtidan (pikosoniya shkalasida) ancha uzoqroq bo'lib, natijada termal effektlar paydo bo'ladi. Gofretdagi yuqori issiqlik kiritish nafaqat ajratishni kerakli yo'nalishdan chetga chiqishga moyil qiladi, balki sezilarli qoldiq stressni keltirib chiqaradi, bu esa sinish va yomon parchalanishga olib keladi. Shuning uchun, silikon karbidni qayta ishlashda, SD jarayoni odatda termal effektlarni sezilarli darajada kamaytiradigan ultrashort pulsli lazerlardan foydalanadi.
Yaponiyaning DISCO kompaniyasi Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA) deb nomlangan lazerli kesish texnologiyasini ishlab chiqdi. Masalan, diametri 6{6}}dyuym, qalinligi 20 mm bo'lgan kremniy karbidli ingotlarni qayta ishlashda kremniy karbidli gofretlarning unumdorligini to'rt baravar oshirdi. KABRA jarayoni asosan lazerni silikon karbid materialiga qaratadi. "Amorf-qora takrorlanuvchi singdirish" orqali kremniy karbid amorf kremniy va amorf uglerodga parchalanadi va qora amorf qatlam deb nomlanuvchi gofretni ajratish nuqtasi bo'lib xizmat qiluvchi qatlamni hosil qiladi, bu ko'proq yorug'likni yutadi va gofretlarni ajratishni ancha osonlashtiradi.
Infineon tomonidan sotib olingan Siltectra tomonidan ishlab chiqilgan Cold Split gofret texnologiyasi nafaqat har xil turdagi quymalarni gofretlarga bo'lish mumkin, balki material yo'qotilishini 90% gacha kamaytiradi, har bir gofret 80 µm dan kam yo'qotadi va natijada qurilma ishlab chiqarishning umumiy xarajatlarini 30% gacha kamaytiradi. Cold Split texnologiyasi ikki bosqichni o'z ichiga oladi: birinchidan, lazer ingotni nurlantirib, delaminatsiya qatlami hosil qiladi, bu esa kremniy karbid materialida ichki hajmning kengayishiga olib keladi, bu esa cho'zilish kuchlanishini keltirib chiqaradi va juda tor mikro-yorilish hosil qiladi; keyin polimerni sovutish bosqichi mikro-yorilishni asosiy yoriqga aylantiradi va natijada gofretni qolgan ingotdan ajratadi. 2019-yilda uchinchi tomon ushbu texnologiyani baholadi va parchalangan gofretlarning sirt pürüzlülüğü Ra ni 3 mikron dan kam, eng yaxshi natijalar esa 2 mkm dan kam deb o'lchadi.
Xitoyning Han's Laser kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan o'zgartirilgan lazerli kesish - bu yarimo'tkazgichli gofretlarni alohida chiplarga yoki qoliplarga ajratish uchun ishlatiladigan lazer texnologiyasi. Ushbu jarayon, shuningdek, skanerlash va gofret ichida o'zgartirilgan qatlamni hosil qilish uchun aniq lazer nuridan foydalanadi, bu esa gofretni qo'llaniladigan stress ostida lazer skanerlash yo'li bo'ylab yorilish imkonini beradi va aniq ajratishga erishadi.
Shakl 5. O'zgartirilgan lazerli kesish jarayoni oqimi
Ayni paytda mahalliy ishlab chiqaruvchilar kremniy karbidli shlamlar asosida-parchalash texnologiyasini o‘zlashtirgan. Shu bilan birga, atala dicing yuqori moddiy yo'qotish, past samaradorlik va jiddiy ifloslanishga ega va asta-sekin olmos simli kublarni kesish texnologiyasi bilan almashtiriladi. Shu bilan birga, lazerni kesish uning ishlashi va samaradorlik afzalliklari bilan ajralib turadi. An'anaviy mexanik kontaktlarni qayta ishlash texnologiyalari bilan taqqoslaganda, u ko'plab afzalliklarni, jumladan, yuqori ishlov berish samaradorligini, tor chiziqli chiziqlarni va yuqori kerf zichligini taklif qiladi, bu esa olmos simlarini kesishni almashtirish uchun kuchli raqobatchiga aylanadi. U kremniy karbid kabi yangi-avlod yarimo'tkazgich materiallarini qo'llash uchun yangi yo'l ochadi. Sanoat texnologiyasining rivojlanishi va kremniy karbid substrat o'lchamlarining doimiy o'sishi bilan kremniy karbidli kublarni kesish texnologiyasi tez sur'atlar bilan rivojlanadi va samarali, yuqori{7}}sifatli lazerli kesish kelajakdagi kremniy karbidini kesish uchun muhim tendentsiya bo'ladi.
