تكنولوجيا آلة القطع بالليزر كربيد السيليكون

في السنوات الأخيرة، تم استخدامآلة القطع بالليزرأصبحت التكنولوجيا ذات شعبية متزايدة في إنتاج وتجهيز مواد أشباه الموصلات. مبدأ هذه الطريقة هو استخدام شعاع ليزر مركّز لتعديل الركيزة من السطح أو داخل المادة، وبالتالي فصلها. نظرًا لأن هذه عملية لا تتطلب اتصالًا، يتم تجنب آثار تآكل الأدوات والضغط الميكانيكي. ونتيجة لذلك، فإنه يحسن بشكل كبير خشونة ودقة سطح الرقاقة، كما يلغي الحاجة إلى عمليات تلميع لاحقة، مما يقلل من فقدان المواد، وخفض التكاليف، وتقليل التلوث البيئي الناجم عن عمليات الطحن والتلميع التقليدية. لقد تم استخدام تكنولوجيا القطع بالليزر منذ فترة طويلة في قطع سبائك السيليكون، ولكن تطبيقها في مجال كربيد السيليكون لم ينضج بعد. في الوقت الحاضر، هناك أساسا التقنيات التالية.

1. القطع بالليزر دليل المياه
تقنية الليزر الموجهة بالماء (Laser MicroJet, LMJ)، والمعروفة أيضًا باسم تقنية الليزر microjet، مبدأها هو تركيز شعاع الليزر على فوهة عندما يمر الليزر عبر تجويف مائي متضمن الضغط؛ يتم إخراج عمود ماء منخفض الضغط من الفوهة، ونظرًا لمؤشر الانكسار، يمكن تشكيل دليل موجي ضوئي عند الواجهة بين الماء والهواء، مما يسمح لليزر بالانتشار على طول اتجاه تدفق المياه، وبالتالي توجيه سطح الماء. المواد المعالجة لقطع المياه النفاثة ذات الضغط العالي. الميزة الرئيسية لليزر الموجه بالماء هي جودة القطع. لا يمكن لتدفق الماء أن يبرد منطقة القطع فقط، ويقلل من التشوه الحراري والضرر الحراري للمادة، بل يزيل أيضًا حطام المعالجة. بالمقارنة مع القطع بالمنشار السلكي، فإن سرعته أسرع بكثير. ومع ذلك، نظرًا لأن الماء يمتص ضوء الليزر بأطوال موجية مختلفة بدرجات مختلفة، فإن الطول الموجي لليزر محدود، بشكل أساسي 1064 نانومتر، و532 نانومتر، و355 نانومتر.

في عام 1993، اقترح العالم السويسري بيروولد ريتشرزهاجن هذه التكنولوجيا لأول مرة. الشركة التي أسسها، Synova، متخصصة في البحث والتطوير وتصنيع أجهزة الليزر الموجهة بالمياه. وهي في مكانة رائدة في مجال التكنولوجيا على المستوى الدولي. التكنولوجيا المحلية متخلفة نسبيا. Inno Laser وShengguang Silicon Research تقوم شركات أخرى بالبحث والتطوير بنشاط.

2. القطع غير المرئي

يقوم Stealth Dicing (SD) بتركيز ضوء الليزر على الجزء الداخلي من الرقاقة من خلال سطح كربيد السيليكون لتشكيل طبقة معدلة على العمق المطلوب، وبالتالي تقشير الرقاقة. نظرًا لعدم وجود أي قطع على سطح الرقاقة، يمكن تحقيق دقة معالجة عالية. يتم بالفعل استخدام عملية SD باستخدام الليزر النبضي بالنانو ثانية في الصناعة لفصل رقائق السيليكون. ومع ذلك، أثناء معالجة SD التي يسببها الليزر بنبض النانو ثانية لكربيد السيليكون، ستحدث تأثيرات حرارية لأن مدة النبضة أطول بكثير من وقت الاقتران بين الإلكترونات والفونونات في كربيد السيليكون (ترتيب البيكو ثانية). لا يؤدي إدخال الحرارة العالية إلى الرقاقة إلى جعل الانفصال عرضة للانحراف عن الاتجاه المطلوب فحسب، بل يخلق أيضًا ضغوطًا متبقية كبيرة يمكن أن تؤدي إلى كسور وانقسام ضعيف. لذلك، عند معالجة كربيد السيليكون، يتم استخدام عملية SD لليزر النبضي القصير جدًا بشكل عام، ويتم تقليل التأثير الحراري بشكل كبير.

قامت شركة DISCO اليابانية بتطوير تقنية القطع بالليزر تسمى الامتصاص المتكرر الأسود غير المتبلور (KABRA). وبأخذ معالجة سبائك كربيد السيليكون التي يبلغ قطرها 6 بوصات وسمكها 20 ملم كمثال، زادت إنتاجية رقاقة السيليكون المتفحمة أربعة أضعاف. تقوم عملية KABRA بشكل أساسي بتركيز الليزر داخل مادة كربيد السيليكون. من خلال "الامتصاص المتكرر الأسود غير المتبلور"، يتحلل كربيد السيليكون إلى سيليكون غير متبلور وكربون غير متبلور، ويشكل طبقة تعمل كنقطة أساسية لفصل الرقاقة، أي اللون الأسود. تمتص الطبقة غير المتبلورة المزيد من الضوء، مما يسمح للرقائق بأن تكون يمكن فصلها بسهولة.

لا تستطيع تقنية الرقاقة Cold Split التي طورتها شركة Siltectra، والتي استحوذت عليها شركة Infineon، تقسيم أنواع مختلفة من السبائك إلى رقائق فحسب، بل يمكنها أيضًا تقليل فقدان كل رقاقة إلى ما يصل إلى 80 ميكرومتر، مما يقلل من فقدان المواد بنسبة 90%. يتم تقليل إجمالي تكلفة إنتاج الجهاز النهائي بنسبة تصل إلى 30%. تنقسم تقنية القطع على البارد إلى خطوتين: أولاً، يتم تشعيع السبيكة البلورية بالليزر لتشكيل طبقة تقشير، مما يؤدي إلى توسيع الحجم الداخلي لمادة كربيد السيليكون، وبالتالي توليد إجهاد الشد وتشكيل طبقة من الشقوق الدقيقة الضيقة جدًا؛ ومن ثم يتم قطع الشقوق الصغيرة من خلال خطوة تبريد البوليمر. تتم معالجة الشق إلى صدع رئيسي يفصل في النهاية الرقاقة عن السبيكة المتبقية. وفي عام 2019، قامت جهة خارجية بتقييم هذه التقنية وقياس خشونة سطح الرقاقة بعد التقطيع لتكون أقل من 3 ميكرومتر، وكانت أفضل نتيجة أقل من 2 ميكرومتر.

التقطيع المعدل الذي طورته شركة JTBYShield Laser الصينية هو تقنية ليزر تفصل رقائق أشباه الموصلات إلى شرائح فردية أو قوالب. تستخدم هذه العملية أيضًا شعاع ليزر دقيق للمسح داخل الرقاقة لتشكيل طبقة معدلة، بحيث يمكن للرقاقة أن تتوسع على طول مسار المسح بالليزر من خلال الضغط الخارجي لإكمال الفصل الدقيق.

في الوقت الحاضر، لقد أتقننا تكنولوجيا قطع كربيد السيليكون بالملاط، لكن قطع الملاط له خسائر عالية وكفاءة منخفضة وتلوث خطير. يتم تكراره تدريجيًا بواسطة تقنية قطع الأسلاك الماسية. وفي الوقت نفسه، فإن مزايا الأداء والكفاءة للقطع بالليزر رائعة، والتي تختلف عن معالجة التلامس الميكانيكية التقليدية. تتمتع هذه التقنية بالعديد من المزايا، بما في ذلك كفاءة المعالجة العالية، ومسار الكتابة الضيق، وكثافة الرقائق العالية. إنه منافس قوي ليحل محل تكنولوجيا قطع الأسلاك الماسية ويفتح طريقة جديدة لتطبيق مواد أشباه الموصلات من الجيل التالي مثل كربيد السيليكون. مع تطور التكنولوجيا الصناعية، يستمر حجم ركائز كربيد السيليكون في الزيادة، وسوف تتطور تكنولوجيا قطع كربيد السيليكون بسرعة، وسيكون القطع بالليزر الفعال وعالي الجودة اتجاهًا مهمًا في قطع كربيد السيليكون في المستقبل.

معلومات الاتصال:

إذا كان لديك أي أفكار، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا وما هي متطلباتنا، سنتبع هدفنا المتمثل في تزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.