Kas ir vafeļu šķelšanās un kā to var atrisināt?

Plākšņu sadalīšana kubiņos ir kritiski svarīgs process pusvadītāju ražošanā, un tam ir tieša ietekme uz galīgo mikroshēmas kvalitāti un veiktspēju. Faktiskajā ražošanāvafeļu šķelšana—īpašipriekšējās puses šķeldošanaunaizmugurējā šķeldošana— ir bieži sastopams un nopietns defekts, kas būtiski ierobežo ražošanas efektivitāti un ražību. Šķembu veidošanās ne tikai ietekmē skaidu izskatu, bet arī var radīt neatgriezeniskus bojājumus to elektriskajai veiktspējai un mehāniskajai uzticamībai.

Vafeļu šķelšanas definīcija un veidi

Vafeļu šķeldošana attiecas uzplaisas vai materiāla lūzumi skaidu malās griešanas procesa laikāTo parasti iedala kategorijāspriekšējās puses šķeldošanaunaizmugurējā šķeldošana:

• Priekšējās puses šķeldošananotiek uz mikroshēmas aktīvās virsmas, kas satur shēmas rakstus. Ja šķemba iestiepjas shēmas zonā, tā var nopietni pasliktināt elektrisko veiktspēju un ilgtermiņa uzticamību.

• Aizmugurējās puses šķeldošanaparasti notiek pēc vafeļu retināšanas, kur zemē vai bojātā slānī aizmugurē parādās plaisas.

No strukturālā viedokļa,Priekšējās puses šķembošana bieži rodas epitaksiālo vai virsmas slāņu lūzumu dēļ., kamērAizmugurējās puses šķembošana rodas no bojājumu slāņiem, kas veidojas vafeļu retināšanas un substrāta materiāla noņemšanas laikā.

Priekšējās puses šķembšanu var iedalīt trīs veidos:

1. Sākotnējā šķeldošana– parasti notiek pirmsgriešanas posmā, kad tiek uzstādīts jauns asmens, kam raksturīgi neregulāri malu bojājumi.

2. Periodiska (cikliska) čipēšana– parādās atkārtoti un regulāri nepārtrauktas griešanas darbību laikā.

3. Patoloģiska šķembošana– ko izraisa asmens izslīdējums, nepareizs padeves ātrums, pārmērīgs griešanas dziļums, plāksnītes nobīde vai deformācija.

Vafeļu šķelšanās pamatcēloņi

1. Sākotnējās šķembošanas cēloņi

• Nepietiekama asmens uzstādīšanas precizitāte

• Asmens nav pareizi noapaļots perfektā apļveida formā

• Nepilnīga dimanta graudu iedarbība

Ja asmens ir uzstādīts ar nelielu slīpumu, rodas nevienmērīgi griešanas spēki. Jaunam asmenim, kas nav pienācīgi apstrādāts, būs slikta koncentriskums, kas novedīs pie griešanas trajektorijas novirzes. Ja dimanta graudi priekšgriešanas posmā nav pilnībā atsegti, neveidojas efektīvas šķembu atstarpes, palielinot šķembu veidošanās iespējamību.

2. Periodiskas šķeldošanas cēloņi

• Asmens virsmas trieciena bojājumi

• Izvirzītas pārāk lielas dimanta daļiņas

• Svešu daļiņu saķere (sveķi, metāla atliekas utt.)

Griešanas laikā skaidu trieciena dēļ var veidoties mikrorobojumi. Lieli, izvirzīti dimanta graudi koncentrē lokālu spriegumu, savukārt uz asmens virsmas esošie atlikumi vai svešķermeņi var traucēt griešanas stabilitāti.

3. Neparastas šķembošanas cēloņi

• Asmens izkrišana slikta dinamiskā līdzsvara dēļ lielā ātrumā

• Nepareiza padeves ātrums vai pārmērīgs griešanas dziļums

• Vafeles pārvietošanās vai deformācija griešanas laikā

Šie faktori noved pie nestabiliem griešanas spēkiem un novirzēm no iepriekš iestatītā griešanas ceļa, tieši izraisot šķautņu lūzumu.

4. Mugurpuses šķembu cēloņi

Aizmugurējās puses šķembošana galvenokārt rodas nosprieguma uzkrāšanās vafeļu retināšanas un vafeļu deformācijas laikā.

Retināšanas laikā aizmugurējā pusē veidojas bojāts slānis, kas izjauc kristāla struktūru un rada iekšējo spriegumu. Griešanas laikā sprieguma atbrīvošanās izraisa mikroplaisu veidošanos, kas pakāpeniski izplatās lielos aizmugurējās puses lūzumos. Samazinoties plāksnītes biezumam, tās sprieguma izturība vājinās un palielinās deformācija, padarot aizmugurējās puses šķembu veidošanos ticamāku.

Čipošanas ietekme uz čipsiem un pretpasākumi

Ietekme uz mikroshēmas veiktspēju

Čipošana ievērojami samazināsmehāniskā izturībaPat sīkas malu plaisas var turpināt izplatīties iepakošanas vai faktiskās lietošanas laikā, galu galā izraisot mikroshēmas lūzumu un elektriskus bojājumus. Ja priekšējās puses šķembas iekļūst shēmas zonās, tas tieši apdraud elektrisko veiktspēju un ierīces ilgtermiņa uzticamību.

Efektīvi risinājumi vafeļu šķeldošanai

1. Procesa parametru optimizācija

Griešanas ātrums, padeves ātrums un griešanas dziļums ir dinamiski jāpielāgo atkarībā no vafeļu laukuma, materiāla veida, biezuma un griešanas progresa, lai samazinātu sprieguma koncentrāciju.
Integrējotmašīnredze un mākslīgā intelekta uzraudzība, reāllaikā var noteikt asmens stāvokli un šķelšanās uzvedību, un procesa parametri tiek automātiski pielāgoti precīzai vadībai.

2. Iekārtu apkope un pārvaldība

Regulāra griešanas mašīnas apkope ir būtiska, lai nodrošinātu:

• Vārpstas precizitāte

• Pārvades sistēmas stabilitāte

• Dzesēšanas sistēmas efektivitāte

Jāievieš asmeņu kalpošanas laika uzraudzības sistēma, lai nodrošinātu, ka stipri nolietoti asmeņi tiek nomainīti, pirms veiktspējas kritumi izraisa šķembēšanu.

3. Asmens izvēle un optimizācija

Asmens īpašības, piemēramdimanta graudu izmērs, saistvielas cietība un graudu blīvumsspēcīgi ietekmē šķelšanās uzvedību:

• Lielāki dimanta graudi palielina priekšējās puses šķembošanas apjomu.

• Mazāki graudi samazina šķeldošanu, bet pazemina griešanas efektivitāti.

• Zemāks graudu blīvums samazina šķembu veidošanos, bet saīsina instrumenta kalpošanas laiku.

• Mīkstāki saistmateriāli samazina šķembu veidošanos, bet paātrina nodilumu.

Silīcija bāzes ierīcēmDimanta graudu izmērs ir vissvarīgākais faktorsAugstas kvalitātes asmeņu izvēle ar minimālu rupjo graudu saturu un precīzu graudu izmēra kontroli efektīvi novērš priekšējās puses šķembāšanu, vienlaikus kontrolējot izmaksas.

4. Aizmugurējās puses šķembu kontroles pasākumi

Galvenās stratēģijas ietver:

• Vārpstas ātruma optimizēšana

• Smalki graudainu dimanta abrazīvu izvēle

• Izmantojot mīkstus saistvielu materiālus un zemu abrazīvu koncentrāciju

• Nodrošina precīzu asmens uzstādīšanu un stabilu vārpstas vibrāciju

Pārāk liels vai pārāk mazs rotācijas ātrums palielina aizmugurējās puses lūzuma risku. Asmens sasvēršanās vai vārpstas vibrācija var izraisīt lielu aizmugurējās puses šķembu veidošanos. Ultraplānām plāksnēmpēcapstrāde, piemēram, ķīmiskā mehāniskā pulēšana (ĶMP), sausā kodināšana un mitrā ķīmiskā kodināšanapalīdz noņemt atlikušos bojājumu slāņus, mazināt iekšējo spriegumu, samazināt deformāciju un ievērojami uzlabot šķembu izturību.

5. Uzlabotas griešanas tehnoloģijas

Jaunās bezkontakta un zema sprieguma griešanas metodes piedāvā turpmākus uzlabojumus:

• Lāzera griešana kubiņossamazina mehānisko kontaktu un šķembu veidošanos, pateicoties augsta enerģijas blīvuma apstrādei.

• Ūdens strūklas griešana kubiņosizmanto augstspiediena ūdeni, kas sajaukts ar mikroabrazīviem materiāliem, ievērojami samazinot termisko un mehānisko spriegumu.

Kvalitātes kontroles un inspekcijas stiprināšana

Visā ražošanas ķēdē — no izejvielu pārbaudes līdz galaprodukta verifikācijai — jāievieš stingra kvalitātes kontroles sistēma. Augstas precizitātes pārbaudes iekārtas, piemēram,optiskie mikroskopi un skenējošie elektronmikroskopi (SEM)jāizmanto, lai rūpīgi pārbaudītu vafeļus pēc sagriešanas, ļaujot agrīni atklāt un labot šķembu defektus.

Secinājums

Plākšņu šķembošana ir sarežģīts, daudzfaktoru defekts, kas ietverprocesa parametri, iekārtu stāvoklis, asmeņu īpašības, vafeļu spriegums un kvalitātes vadībaTikai ar sistemātisku optimizāciju visās šajās jomās var efektīvi kontrolēt šķeldošanu, tādējādi uzlabojotražošanas ražība, mikroshēmas uzticamība un kopējā ierīces veiktspēja.