Em embalagens avançadas em nível de wafer e processamento da parte traseira, a colagem e descolagem temporárias evoluíram de uma etapa de suporte para um módulo de processo crítico para o rendimento.

À medida que as bolachas de dispositivos são afinadas para 30–100 μm e, em alguns casos, até abaixo de 30 μm, a integridade mecânica do silício é fundamentalmente alterada. Nessas espessuras, a bolacha se comporta menos como um substrato rígido e mais como uma membrana flexível. Qualquer carga térmica excessiva, cisalhamento mecânico ou tensão não uniforme durante a descolagem pode levar diretamente a:

• Empenamento e arqueamento da bolacha

• Microfissuras e fraturas

• Delaminação de metal

• Danos a dielétricos de baixo-k e interconexões de Cu

Nesse contexto, a descolagem a laser surgiu como uma das técnicas de separação mais controladas e de baixa tensão para embalagens avançadas de alta qualidade.

1. Conceito Fundamental da Descolagem a Laser

A característica definidora da descolagem a laser é a entrega de energia espacialmente seletiva.

Ao contrário da descolagem térmica, química ou mecânica—onde a energia ou força é aplicada a toda a pilha de bolachas—a descolagem a laser confina a deposição de energia a uma região interfacial predefinida.

O conceito se baseia em três condições essenciais:

1. Uma bolacha transportadora transparente a laser

   • Tipicamente vidro, sílica fundida ou cerâmica transparente

2. Uma camada de colagem temporária responsiva a laser

   • Adesivo absorvente, fotorreativo ou de mudança de fase

3. Irradiação a laser do lado do transportador

   • A bolacha do dispositivo nunca é exposta diretamente ao feixe de laser

Em termos práticos, o laser passa pelo transportador, interage apenas com a camada de colagem ou interface de colagem e inicia a separação sem aquecer ou tensionar diretamente a bolacha do dispositivo.

2. Fluxo de Processo Típico de Descolagem a Laser

Usando um transportador de vidro como exemplo, um fluxo de processo padrão é o seguinte:

1. Colagem Temporária

   • Bolacha do dispositivo colada a um transportador transparente usando um adesivo de liberação a laser

   • Baixa tensão de colagem e boa planicidade

2. Afinamento da Bolacha

   • Retificação traseira e CMP

   • Espessura final comumente 20–50 μm

3. Processamento da Parte Traseira

   • Formação de TSV

   • Camadas de redistribuição (RDL)

   • Metalização da parte traseira

   • Limpeza, gravação e deposição

4. Descolagem a Laser

   • O laser varre do lado do transportador

   • A energia é depositada na camada adesiva ou interface

5. Separação da Bolacha

   • A resistência de adesão entra em colapso

   • A bolacha do dispositivo se separa com força externa mínima ou nenhuma

6. Limpeza Pós-Descolagem

   • Remoção de adesivo residual, se necessário

3. Mecanismos Físicos e Químicos da Descolagem a Laser

A descolagem a laser não é governada por um único mecanismo. Dependendo da química do adesivo, do comprimento de onda do laser e dos parâmetros do pulso, vários mecanismos podem agir de forma independente ou simultânea.

3.1 Descolagem Fototérmica

A descolagem fototérmica é o mecanismo mais amplamente adotado em ambientes de produção.

• O adesivo de colagem absorve fortemente a energia do laser

• O aquecimento localizado e transiente ocorre na interface

• As cadeias de polímeros sofrem decomposição térmica ou carbonização

• A resistência de adesão diminui rapidamente

Características principais:

• A energia é confinada a regiões em escala de micrômetros

• A duração do aquecimento é extremamente curta (ns–μs)

• O aumento global da temperatura da bolacha é insignificante

3.2 Clivagem de Ligação Fotoquímica

Alguns adesivos avançados são projetados para sofrer reações fotoquímicas diretas sob comprimentos de onda de laser específicos (frequentemente UV).

• Os fótons do laser quebram as ligações da cadeia principal do polímero

• A rede molecular entra em colapso

• O adesivo perde a integridade estrutural

Este mecanismo depende menos do aumento da temperatura e mais da cisão da ligação química, tornando-o particularmente adequado para:

• Bolachas ultrafinas

• Estruturas de dispositivos sensíveis à temperatura

3.3 Ablação Interfacial e Liberação de Micro-Pressão

Em densidades de energia mais altas, a irradiação a laser pode induzir:

• Ablação localizada ou formação rápida de gás

• Geração de microescala de pressão na interface

• Separação uniforme em toda a área colada

Quando devidamente controlado, este mecanismo produz uma frente de separação plana e suave, em vez de delaminação catastrófica.

4. Vantagens da Descolagem a Laser

Em comparação com as técnicas de descolagem térmica, química e mecânica, a descolagem a laser oferece várias vantagens decisivas.

4.1 Tensão Mecânica Ultrabaixa

• Sem deslizamento

• Sem descascamento

• Força externa mínima

Isso torna a descolagem a laser particularmente adequada para bolachas com espessura inferior a 50 μm.

4.2 Zona Afetada pelo Calor (HAZ) Mínima

• A deposição de energia é localizada e transiente

• A bolacha do dispositivo experimenta carga térmica insignificante

• Seguro para interconexões de Cu e materiais de baixo-k

4.3 Alta Controlabilidade do Processo

• O comprimento de onda do laser, a energia do pulso, a taxa de repetição e o padrão de varredura são programáveis

• A uniformidade em bolachas de 300 mm é alcançável

• Excelente repetibilidade

4.4 Separação Limpa e Alto Rendimento

• Sem contaminação por solventes

• O adesivo residual é fino e controlável

• Limpeza pós-descolagem simplificada

5. Restrições e Limitações de Engenharia

Apesar de suas vantagens, a descolagem a laser não é universalmente aplicável.

As principais limitações incluem:

• Requisito de bolachas transportadoras transparentes

• Os adesivos devem ser compatíveis com laser

• Maior custo de capital e complexidade do sistema

• Integração apertada necessária entre os parâmetros do laser e a química do adesivo

Como resultado, a descolagem a laser é normalmente implantada em aplicações de alto valor e sensíveis ao rendimento, em vez de processos legados orientados a custos.

6. Domínios de Aplicação

A descolagem a laser é comumente usada em:

• Embalagem lógica avançada

• Integração 3D IC e TSV

• Integração heterogênea

• Memória de alta largura de banda (HBM)

• Dispositivos de computação de IA e alto desempenho

7. Tendências Tecnológicas e Perspectivas

À medida que a espessura da bolacha continua a diminuir e a densidade de integração aumenta, a descolagem está passando de uma operação secundária para um determinante de rendimento primário.

As tendências atuais indicam:

• Migração de descolagem mecânica → térmica → a laser

• Aumento do co-design da química do adesivo × física do laser × materiais do transportador

• A descolagem a laser se tornando a solução padrão para bolachas ultrafinas

8. Resumo

A descolagem a laser não se trata de remover o adesivo—trata-se de controlar com precisão onde e como a separação ocorre.

Em embalagens avançadas, o verdadeiro desafio não é mais colar as bolachas, mas separá-las de forma limpa, suave e exatamente na interface pretendida.

A descolagem a laser representa uma das soluções mais refinadas para este desafio, combinando ciência dos materiais, óptica e engenharia de processos em uma única etapa elegante.