Na fabricação de semicondutores, uma bolacha de silício é a base sobre a qual milhares ou mesmo milhões de circuitos integrados são fabricados.Após a conclusão de processos de front-end, tais como litografia, deposição, gravação, implantação de íons e metalização, a bolacha ainda é um grande substrato circular contendo vários dispositivos semicondutores individuais.

Para transformar essa wafer em chips funcionais separados, é necessária uma etapa crítica de fabricação chamada de dique de wafer.

Partilha de wafersé o processo de cortar com precisão uma bolacha de semicondutor em matrizes individuais, minimizando os danos, mantendo a qualidade da borda e garantindo um alto rendimento de produção.À medida que os dispositivos semicondutores se tornam menores e mais avançados, a tecnologia de corte de wafer tornou-se cada vez mais importante para aplicações como CPUs, chips de memória, dispositivos de energia, MEMS, sensores, LEDs e embalagens avançadas.

Este artigo explica os princípios, os principais métodos, as etapas do processo, os desafios e as tendências futuras da tecnologia de corte de wafer.

1O que é o Wafer Dicing?

O corte de wafer é um processo de separação de semicondutores que corta uma wafer processada em matrizes (chips) de semicondutores individuais.

Uma bolacha completa geralmente contém centenas ou milhares de padrões de dispositivos repetidos dispostos em uma estrutura de grade.

A finalidade do corte em pedaços de wafer é:

• Separar as fichas individuais da bolacha
• Preservar o desempenho elétrico de cada matriz
• Reduzir danos mecânicos
• Manter um elevado rendimento da produção
• Preparar as fichas para embalagem e montagem

Após o corte em pedaços, as matrizes individuais são tipicamente transferidas para os seguintes estágios:

Inspecção a óleo → Selecção a óleo → Embalagem → Ensaios → Produto semicondutor final

2- Posição do Wafer Dicing na Fabricação de Semicondutores

O processo de fabricação de semicondutores pode geralmente ser dividido em três etapas principais:

Fabricação front-end

Os processos front-end criam dispositivos semicondutores na superfície da bolacha.

Os passos típicos incluem:

• Limpeza de wafer
• Oxidação
• Deposição de película fina
• Fotolitografia
• Gravação
• Implantação de íons
• Interligações metálicas

Nesta fase, a bolacha contém vários circuitos concluídos, mas permanece como um grande substrato.

Fabricação de back-end

O corte em pedaços pertence ao processo de back-end.

Os principais passos incluem:

1. Inspecção das bolhas
2. Instalação de wafer
3. Reciclagem de óleos essenciais
4. Partilha de wafers
5. Limpeza por matrizes
6. Inspecção da matriz
7. Embalagem

Embalagem e montagem

Após cortar em pedaços:

• As matrizes individuais são anexadas aos pacotes
• As conexões elétricas são criadas
• Foram adicionadas estruturas de proteção

Exemplos incluem:

• Embalagens de ligação de fios
• Embalagens em flip-chip
• Embalagens a nível de wafer
• 2.5D e 3D embalagens avançadas

3Por que o corte de wafer é um processo crítico

Embora o corte em pedaços de wafer pareça ser uma operação de corte simples, ele afeta diretamente o desempenho do semicondutor e o custo de fabricação.

3.1 Impacto sobre o rendimento

Uma matriz danificada não pode ser utilizada.

Os defeitos mais comuns relacionados com o corte em pedaços incluem:

• Fragmentação da borda
• Fissuras
• Delaminação
• Contaminação da superfície
• Danos na camada metálica

Mesmo um pequeno aumento da taxa de defeitos pode ter um impacto significativo nos custos de produção de semicondutores.

3.2 Requisitos relativos ao tamanho dos dispositivos mais pequenos

As tecnologias de semicondutores modernas exigem:

• Dimensões menores da matriz
• Caminhos de corte mais estreitos
• Maior precisão

Processadores avançados e dispositivos de memória geralmente contêm estruturas extremamente densas, exigindo precisão de corte de nível de micrômetro.

3.3 Desafios materiais

Diferentes materiais semicondutores têm diferentes propriedades mecânicas.

Por exemplo:

4Métodos principais de corte de wafer

Várias tecnologias de separação de wafer são usadas dependendo do material da wafer, espessura, estrutura do dispositivo e requisitos de aplicação.

4.1 Cortar as lâminas

O corte de lâmina é o método de corte de wafer mais amplamente utilizado.

Princípio de funcionamento

Uma lâmina de diamante que gira a alta velocidade corta fisicamente a bolacha ao longo de faixas de corte designadas.

A lâmina contém partículas de diamante que proporcionam alta eficiência de corte.

Processo típico:

1. Wafer montado em fita adesiva
2. Alinhar a trajetória de corte
3. Rodar a lâmina de diamante a alta velocidade
4. Aplicar água de arrefecimento
5. Cortar a bolacha em matrizes individuais

Vantagens

• Tecnologia madura
• Eficiência de produção elevada
• Adequado para muitos wafers de silício
• Menor custo do equipamento

Limitações

• Geração de tensão mecânica
• Cortar detritos
• Desgaste da lâmina
• Limitado para wafers ultrafinos

O corte de lâmina continua a ser dominante em muitas fábricas de semicondutores devido à sua confiabilidade e custo-eficácia.

4.2 Corte a laser

O corte a laser usa energia laser focada para separar as wafers de semicondutores.

Existem várias abordagens:

Corte a laser de superfície

O laser remove diretamente o material ao longo dos caminhos de corte.

Discos furtivos

Um laser cria camadas internas modificadas dentro da bolacha sem danificar a superfície.

A bolacha é então separada através de expansão mecânica controlada.

Vantagens

• Redução da tensão mecânica
• Largura de corte estreita
• Apto para óleos finos
• Danos na borda inferior

Aplicações

O corte a laser é amplamente utilizado para:

• Dispositivos MEMS
• Sensores de imagem
• Pacotes avançados
• Outros, de aço

4.3 Dicionamento de plasma

O corte de plasma usa tecnologia de gravação por plasma para separar matrizes.

Em vez de corte mecânico, o plasma remove o material semicondutor quimicamente.

Vantagens

• Largura extremamente estreita do corte
• Tensão mecânica mínima
• Apto para estruturas complexas de wafer

Desafios

• Maior investimento em equipamento
• Controle de processos mais complexo

5. Fluxo do processo de corte de wafer

Um processo típico de corte de wafer inclui as seguintes etapas.

Etapa 1: Inspecção das wafers

Antes de cortar em pedaços, as wafers são inspeccionadas para:

• Defeitos de superfície
• Precisão de alinhamento
• Qualidade do modelo
• Prejuízos existentes

Os sistemas avançados de inspecção podem utilizar:

• Microscopia óptica
• Inspecção a laser
• Detecção automática de defeitos

Passo 2: Instalação da bolacha

A bolacha é ligada a uma estrutura de diques usando fita adesiva especial.

A fita diz:

• Suporte mecânico
• Capacidade de retenção da matriz
• Proteção durante o corte

Passo 3: Alinhamento da bolacha

A máquina de cortar em pedaços identifica:

• Orientação da wafer
• Marcas de alinhamento
• Cortar ruas

O alinhamento de alta precisão garante uma separação precisa.

Etapa 4: Processo de corte

A bolacha é separada seguindo vias de corte predefinidas.

Os parâmetros importantes incluem:

• Velocidade da lâmina
• Taxa de alimentação
• Profundidade de corte
• Condições de arrefecimento
• Controle das vibrações

Etapa 5: Limpeza

O quebra-cabeça pode conter:

• Partículas de silício
• Cortar detritos
• Contaminação por metais

A limpeza elimina as partículas indesejadas antes do manuseio da matriz.

Passo 6: Inspecção da matriz

Cada matriz é inspeccionada para:

• Fissuras
• Qualidade da borda
• Contaminação da superfície
• Precisão dimensional

As matrizes defeituosas são removidas antes da embalagem.

6. Parâmetros importantes de corte de wafer

Largura do perímetro

A largura de corte refere-se à largura do material removido durante o corte.

Um corte mais pequeno permite:

• Mais matrizes por wafer
• Maior utilização de wafer
• Baixo custo de produção

Tamanho do fragmento

O chipping refere-se a pequenas fraturas nas bordas da bolacha.

As fichas grandes podem causar:

• Problemas de fiabilidade
• Falhas do pacote

Precisão de corte

O corte de alta precisão garante:

• Dimensões corretas da matriz
• Melhor compatibilidade das embalagens

Danos na superfície

A tensão de corte excessiva pode criar:

• Micro-fissuras
• Defeitos de cristal
• Questões de fiabilidade elétrica

7Desafios no corte avançado de wafer

7.1 Processamento de wafers ultrafinos

Os aparelhos de semicondutores modernos usam cada vez mais wafers finas.

Os desafios incluem:

• Quebra de wafer
• Dificuldade de manuseio
• Controle de curvatura

7.2 Materiais de semicondutores duros

Os materiais de banda larga, como o SiC e o safiro, são difíceis de cortar devido à sua alta dureza.

Por exemplo:

O SiC possui excelentes propriedades elétricas e térmicas, mas requer técnicas especializadas de corte em pedaços devido a:

• Alta dureza
• Alta fragilidade
• Estrutura cristalina forte

7.3 Requisitos avançados de embalagem

Tecnologias como:

• Arquitetura Chiplet
• Memória de largura de banda elevada (HBM)
• Integração 3D

exigir:

• Mortes menores
• Melhor qualidade de borda
• Separação de maior precisão

8Tendências Futuras da Tecnologia de Dição de Wafer

8.1 Separação por laser

As tecnologias a laser continuarão a crescer porque fornecem:

• Danos menores
• Maior precisão
• Melhor compatibilidade com wafers finas

8.2 Controle de processos baseado em IA

A inteligência artificial está a ser introduzida para:

• Detecção de defeitos
• Optimização de parâmetros de corte
• Melhoria do rendimento

8.3 Processamento avançado de materiais

As futuras tecnologias de corte em pedaços devem suportar:

• Wafers de SiC
• Wafers de GaN
• Substratos de safira
• Outros aparelhos de ar condicionado

para a próxima geração de eletrónica.

Conclusão

O corte em pedaços de wafer é um processo crucial de fabricação de semicondutores que transforma uma wafer completa em chips de semicondutores individuais.requer um controlo avançado da tensão mecânica, alinhamento de precisão, propriedades dos materiais e gestão da contaminação.

O corte tradicional de lâmina continua a ser amplamente utilizado devido à sua maturidade e eficiência, enquanto o corte a laser e o corte a plasma estão se tornando cada vez mais importantes para aplicações avançadas de semicondutores.

À medida que os dispositivos semicondutores avançam em direção a geometrias menores, maior densidade de potência e arquiteturas avançadas de embalagem, a tecnologia de corte de wafer continuará sendo um fator-chave para melhorar o desempenho do chip,Confiabilidade e rendimento de fabrico.