Šta je krhotina vafla i kako se to može riješiti?

Rezanje pločica je ključni proces u proizvodnji poluprovodnika i ima direktan uticaj na konačni kvalitet i performanse čipa. U stvarnoj proizvodnji,krhotine pločice—posebnokrhotine s prednje straneikrhotine sa zadnje strane—je čest i ozbiljan defekt koji značajno ograničava efikasnost proizvodnje i prinos. Krhotine ne utiču samo na izgled strugotina, već mogu uzrokovati i nepovratna oštećenja njihovih električnih performansi i mehaničke pouzdanosti.

Definicija i vrste čipovanja pločica

Usitnjavanje pločice odnosi se napukotine ili lom materijala na ivicama čipsa tokom procesa sjeckanja na kockiceGeneralno se kategorizira ukrhotine s prednje straneikrhotine sa zadnje strane:

• Oštećivanje prednje stranese javlja na aktivnoj površini čipa koja sadrži uzorke strujnog kola. Ako se krhotine protežu u područje strujnog kola, to može ozbiljno smanjiti električne performanse i dugoročnu pouzdanost.

• Oštećivanje zadnje straneobično se javlja nakon stanjivanja pločice, gdje se pojavljuju pukotine u osnovi ili oštećenom sloju na poleđini.

Sa strukturne perspektive,Odlamanje prednje strane često je rezultat lomova u epitaksijalnim ili površinskim slojevima, dokOdvajanje na poleđini potiče od oštećenih slojeva nastalih tokom stanjivanja pločice i uklanjanja materijala podloge.

Oštećivanje prednje strane može se dalje podijeliti u tri vrste:

1. Početno krhotina– obično se javlja tokom faze predrezanja kada se ugrađuje nova oštrica, a karakteriziraju ga nepravilna oštećenja ivica.

2. Periodično (ciklično) krhotinanje– pojavljuje se više puta i redovno tokom kontinuiranih operacija rezanja.

3. Abnormalno krhotine– uzrokovano istrošenošću oštrice, nepravilnom brzinom pomaka, prevelikom dubinom rezanja, pomicanjem pločice ili deformacijom.

Osnovni uzroci kidanja pločice

1. Uzroci početnog krhotina

• Nedovoljna preciznost ugradnje lopatica

• Oštrica nije pravilno ispravljena u savršen kružni oblik

• Nepotpuna izloženost dijamantskog zrna

Ako se oštrica postavi s blagim nagibom, dolazi do neravnomjernih sila rezanja. Nova oštrica koja nije adekvatno obrađena pokazat će lošu koncentričnost, što dovodi do odstupanja od putanje rezanja. Ako dijamantna zrna nisu u potpunosti izložena tokom faze prethodnog rezanja, ne formiraju se efektivni prostori za strugotinu, što povećava vjerovatnoću struganja.

2. Uzroci periodičnog krhotina

• Oštećenje oštrice od površinskog udara

• Izbočene prevelike čestice dijamanta

• Prianjanje stranih čestica (smola, metalni ostaci itd.)

Tokom rezanja, usljed udara strugotine mogu se razviti mikro-zarezi. Velika izbočena dijamantna zrna koncentrišu lokalna naprezanja, dok ostaci ili strane nečistoće na površini oštrice mogu poremetiti stabilnost rezanja.

3. Uzroci abnormalnog krhotina

• Odstupanje lopatice od rotacije zbog loše dinamičke ravnoteže pri velikoj brzini

• Nepravilna brzina posmaka ili prevelika dubina rezanja

• Pomjeranje ili deformacija pločice tokom rezanja

Ovi faktori dovode do nestabilnih sila rezanja i odstupanja od unaprijed postavljene putanje rezanja, što direktno uzrokuje lomljenje ivice.

4. Uzroci ljuštenja zadnje strane

Oštećivanje zadnje strane uglavnom potiče odakumulacija napona tokom stanjivanja i savijanja pločice.

Tokom stanjivanja, na poleđini se formira oštećeni sloj, koji narušava kristalnu strukturu i stvara unutrašnje naprezanje. Tokom rezanja, oslobađanje naprezanja dovodi do nastanka mikropukotina, koje se postepeno šire u velike pukotine na poleđini. Kako se debljina pločice smanjuje, njena otpornost na naprezanje slabi, a savijanje se povećava, što povećava vjerovatnoću odlomljivanja poleđine.

Utjecaj čipiranja na čipove i protumjere

Utjecaj na performanse čipa

Usitnjavanje znatno smanjujemehanička čvrstoćaČak i sitne pukotine na rubovima mogu nastaviti da se šire tokom pakovanja ili stvarne upotrebe, što na kraju dovodi do loma čipa i električnog kvara. Ako pukotine na prednjoj strani prodru u područja kola, to direktno ugrožava električne performanse i dugoročnu pouzdanost uređaja.

Efikasna rješenja za rezanje pločica

1. Optimizacija parametara procesa

Brzina rezanja, brzina pomaka i dubina rezanja trebaju se dinamički podešavati na osnovu površine pločice, vrste materijala, debljine i napretka rezanja kako bi se smanjila koncentracija napona.
IntegriranjemMašinski vid i nadzor zasnovan na vještačkoj inteligenciji, stanje oštrice i ponašanje pri struganju mogu se detektovati u realnom vremenu, a parametri procesa se automatski podešavaju za preciznu kontrolu.

2. Održavanje i upravljanje opremom

Redovno održavanje mašine za sečenje kockica je neophodno kako bi se osiguralo:

• Preciznost vretena

• Stabilnost prenosnog sistema

• Efikasnost sistema hlađenja

Treba implementirati sistem za praćenje vijeka trajanja oštrica kako bi se osiguralo da se ozbiljno istrošene oštrice zamijene prije nego što pad performansi uzrokuje struganje.

3. Odabir i optimizacija lopatica

Svojstva oštrice kao što suveličina dijamantskog zrna, tvrdoća veze i gustoća zrnaimaju snažan utjecaj na ponašanje pri usitnjavanju:

• Veća dijamantna zrna povećavaju ljuštenje na prednjoj strani.

• Manja zrna smanjuju usitnjavanje, ali smanjuju efikasnost rezanja.

• Manja gustoća zrna smanjuje struganje, ali skraćuje vijek trajanja alata.

• Mekši vezivni materijali smanjuju ljuštenje, ali ubrzavaju trošenje.

Za uređaje na bazi silicija,Veličina dijamantskog zrna je najvažniji faktorOdabir visokokvalitetnih oštrica s minimalnim sadržajem krupnog zrna i strogom kontrolom veličine zrna efikasno suzbija ljuštenje prednje strane, a istovremeno kontrolira troškove.

4. Mjere za kontrolu krhotina na poleđini

Ključne strategije uključuju:

• Optimizacija brzine vretena

• Odabir dijamantskih abraziva fine granulacije

• Korištenje mekih vezivnih materijala i niske koncentracije abraziva

• Osiguravanje precizne ugradnje noža i stabilne vibracije vretena

Pretjerano visoke ili preniske brzine rotacije povećavaju rizik od loma stražnje strane. Nagib lopatice ili vibracije vretena mogu uzrokovati odlomljivanje velike površine stražnje strane. Kod ultra tankih pločica,naknadne obrade kao što su CMP (hemijsko-mehaničko poliranje), suho nagrizanje i mokro hemijsko nagrizanjepomažu u uklanjanju preostalih oštećenih slojeva, oslobađanju unutrašnjeg naprezanja, smanjenju savijanja i značajno poboljšavaju čvrstoću strugotine.

5. Napredne tehnologije rezanja

Nove metode beskontaktnog i rezanja s niskim naponom nude daljnja poboljšanja:

• Lasersko rezanje kockicaminimizira mehanički kontakt i smanjuje krhotine kroz obradu visoke gustoće energije.

• Rezanje vodenim mlazomKoristi vodu pod visokim pritiskom pomiješanu s mikroabrazivima, značajno smanjujući termički i mehanički stres.

Jačanje kontrole i inspekcije kvalitete

Treba uspostaviti strog sistem kontrole kvaliteta u cijelom proizvodnom lancu - od inspekcije sirovina do verifikacije konačnog proizvoda. Visokoprecizna oprema za inspekciju, kao što jeoptički mikroskopi i skenirajući elektronski mikroskopi (SEM)treba koristiti za temeljit pregled pločica nakon rezanja, omogućavajući rano otkrivanje i ispravljanje nedostataka u obliku krhotina.

Zaključak

Krhotina pločice je složen, višefaktorski defekt koji uključujeparametri procesa, stanje opreme, svojstva lopatica, napon pločice i upravljanje kvalitetomSamo sistematskom optimizacijom u svim ovim oblastima može se efikasno kontrolisati krhotine, čime se poboljšavaprinos proizvodnje, pouzdanost čipa i ukupne performanse uređaja.