La singulación de matrices , también llamada troquelado de obleas , es el proceso en la fabricación de dispositivos semiconductores por el cual las matrices se separan de una oblea terminada de semiconductor . [1] La singulación de matrices se produce después del proceso de fotolitografía . Puede implicar rayado y rotura, aserrado mecánico (normalmente con una máquina llamada sierra de troquelado ) [2] o corte por láser . Todos los métodos suelen estar automatizados para garantizar la precisión y exactitud. [3] Después del proceso de troquelado, los chips de silicio individuales pueden encapsularse en portadores de chips que luego son adecuados para su uso en la construcción de dispositivos electrónicos como computadoras , etc.
Durante el troceado, las obleas se montan normalmente sobre una cinta de troceado que tiene un respaldo adhesivo que sujeta la oblea sobre un marco de chapa fina . La cinta de troceado tiene diferentes propiedades según la aplicación de troceado. Las cintas curables por UV se utilizan para tamaños más pequeños y la cinta de troceado sin UV para tamaños de troquel más grandes. Las sierras de troceado pueden utilizar una cuchilla de troceado con partículas de diamante, que gira a 30.000 RPM y se enfría con agua desionizada. Una vez que se ha troceado una oblea, las piezas que quedan en la cinta de troceado se denominan troquel , dados o matrices . Cada una se empaquetará en un paquete adecuado o se colocará directamente sobre un sustrato de placa de circuito impreso como un "troquel desnudo". Las áreas que se han cortado, llamadas calles de troqueles , suelen tener unos 75 micrómetros (0,003 pulgadas) de ancho. Una vez que se ha troceado una oblea, el troquel permanecerá en la cinta de troquelado hasta que se extraiga mediante un equipo de manipulación de troqueles, como un soldador de troqueles o un clasificador de troqueles , más adelante en el proceso de ensamblaje de la electrónica.
La fabricación estándar de semiconductores utiliza un método de "corte en cubitos después de adelgazamiento", en el que las obleas se adelgazan primero antes de cortarlas en cubitos. La oblea se muele en un proceso llamado rectificado posterior (BSG) antes de cortarla en cubitos. [1]
El tamaño del troquel que queda en la cinta puede variar desde 35 mm de lado (muy grande) hasta 0,1 mm cuadrados (muy pequeño). El troquel creado puede tener cualquier forma generada por líneas rectas, pero normalmente son rectangulares o cuadradas. En algunos casos, también pueden tener otras formas, según el método de singularización utilizado. Una cortadora láser de corte completo tiene la capacidad de cortar y separar en una variedad de formas.
Los materiales analizados incluyen vidrio , alúmina , silicio, arseniuro de galio (GaAs), silicio sobre zafiro (SoS), cerámica y semiconductores compuestos delicados. [ cita requerida ]
El troceado de obleas de silicio también se puede realizar mediante una técnica basada en láser, el llamado proceso de troceado furtivo. Funciona como un proceso de dos etapas en el que primero se introducen las regiones defectuosas en la oblea escaneando el haz a lo largo de las líneas de corte previstas y, en segundo lugar, se expande una membrana portadora subyacente para inducir la fractura. [5]
El primer paso opera con un láser Nd:YAG pulsado , cuya longitud de onda (1064 nm) está bien adaptada a la banda prohibida electrónica del silicio (1,11 eV o 1117 nm), de modo que la absorción máxima puede ajustarse mediante enfoque óptico . [6] Las regiones defectuosas de aproximadamente 10 μm de ancho se inscriben mediante múltiples escaneos del láser a lo largo de los carriles de corte previstos, donde el haz se enfoca a diferentes profundidades de la oblea. [7] La figura muestra una micrografía óptica de un plano de escisión de un chip separado de 150 μm de espesor que se sometió a cuatro escaneos láser, comparar. [4] Los defectos más altos son los mejor resueltos y se observa que un solo pulso láser causa una región de cristal defectuosa que se asemeja a la forma de la llama de una vela. Esta forma es causada por la rápida fusión y solidificación de la región irradiada en el foco del haz láser, donde la temperatura de solo algunos volúmenes pequeños de μm3 aumenta repentinamente a unos 1000 K en nanosegundos y cae nuevamente a temperatura ambiente. [6] [7] El láser normalmente se pulsa con una frecuencia de aproximadamente 100 kHz, mientras que la oblea se mueve con una velocidad de aproximadamente 1 m/s. Finalmente, se inscribe en la oblea una región defectuosa de aproximadamente 10 μm de ancho, a lo largo de la cual se produce una fractura preferencial bajo carga mecánica . La fractura se realiza en el segundo paso y opera expandiendo radialmente la membrana portadora a la que está unida la oblea. La escisión se inicia en la parte inferior y avanza hacia la superficie, por lo que se debe introducir una alta densidad de distorsión en la parte inferior. [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ]
La ventaja del proceso de troceado furtivo es que no requiere un líquido refrigerante . Los métodos de troceado en seco se deben aplicar inevitablemente para la preparación de ciertos sistemas microelectromecánicos ( MEMS ), en particular, cuando están destinados a aplicaciones bioelectrónicas . [4] Además, el troceado furtivo apenas genera residuos y permite una mejor explotación de la superficie de la oblea debido a una menor pérdida de corte en comparación con la sierra para obleas. El pulido de obleas se puede realizar después de este paso, para reducir el espesor de la matriz. [8]
El proceso DBG o "corte antes de moler" es una forma de separar los troqueles sin cortarlos. La separación se produce durante el paso de adelgazamiento de las obleas. Las obleas se cortan inicialmente en dados utilizando una cortadora de medio corte a una profundidad inferior al espesor objetivo final. A continuación, la oblea se adelgaza hasta el espesor objetivo mientras se monta sobre una película adhesiva especial [9] y luego se monta sobre una cinta de recogida para mantener los troqueles en su lugar hasta que estén listos para el paso de empaquetado. El beneficio del proceso DBG es una mayor resistencia de los troqueles. [10] Alternativamente, se puede utilizar el corte en dados con plasma, que reemplaza la sierra de la cortadora con grabado de plasma DRIE . [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18]
El proceso DBG requiere una cinta de rectificado posterior que tenga los siguientes atributos: 1) fuerte fuerza adhesiva (evita la infiltración de fluido de rectificado y polvo de matriz durante el rectificado), 2) absorción y/o alivio de la tensión de compresión y la tensión de corte durante el rectificado, 3) suprime el agrietamiento debido al contacto entre matrices, 4) fuerza adhesiva que puede reducirse en gran medida mediante la irradiación UV. [19]