في مجال الإلكترونيات الحديثة، أصبحت الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والساعات الذكية أرق وأخف وزنًا، لكنها أصبحت قوية بشكل متزايد. أحد العوامل الرئيسية التي تمكن هذه الظاهرة "الصغيرة ولكن القوية" هو ترقق الرقاقات، وهي عملية حاسمة في تصنيع أشباه الموصلات تقلل من سمك الرقاقات مع الحفاظ على الأداء.
الرقاقة هي الركيزة الأساسية لشريحة أشباه الموصلات، ويبلغ سمكها عادةً عدة مئات من الميكرومترات. توفر رقائق التخفيف مزايا تقنية متعددة:
تمكين تصميمات العبوات فائقة النحافة
تسمح الرقائق الرقيقة بتركيب الرقائق في الأجهزة المدمجة وخفيفة الوزن مع الحفاظ على الموثوقية الميكانيكية.
تسهيل المرحلية المكدسة ثلاثية الأبعاد
في عبوات IC ثلاثية الأبعاد، يمكن تكديس الرقائق الرقيقة عموديًا، مما يزيد من الكثافة الوظيفية والتكامل في مساحة محدودة.
تحسين الأداء الحراري
تعمل الرقاقات الرقيقة على تقليل مسارات توصيل الحرارة وزيادة نسب السطح إلى الحجم، مما يساعد على تبديد الحرارة بكفاءة ومنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعي الذي يمكن أن يؤدي إلى انخفاض أداء الجهاز.
الحد الأدنى للسمك الذي يمكن تحقيقه يعتمد علىخصائص الموادوحجم الرقاقة:
الحجم مهم: الرقائق الأكبر حجمًا تكون أضعف ميكانيكيًا وأكثر عرضة للتشقق أثناء عملية التخفيف.
المسائل المادية: السيليكون (Si)، وزرنيخيد الغاليوم (GaAs)، ونيتريد الغاليوم (GaN)، ونيوبات الليثيوم (LN)، وتنتاليت الليثيوم (LT)، والياقوت، والسيراميك جميعها تظهر قوة ميكانيكية مختلفة. المواد الهشة، مثل GaAs، وGaN، وLN، وLT، يصعب نحيفها ولها حدود دنيا أعلى للسمك.
على سبيل المثال، يمكن لعملية TAIKO الخاصة بشركة Disco أن ترقق 12 بوصةرقاقة السيليكونإلى ما يقرب من 50 ميكرومترًا - تقريبًا سُمك ورقة.
يتم تحقيق ترقق الرقاقة عادة من خلال أربع طرق، ولكل منها مزايا وقيود فريدة:
تتم إزالة المواد فعليًا بواسطة عجلة جلخ ماسية عالية السرعة.
المزايا: إزالة سريعة للمواد، ومناسبة للتخفيف بالجملة.
القيود: يمكن أن يسبب شقوقًا سطحية دقيقة وإجهادًا؛ قد تكون هناك حاجة إلى مرحلة ما بعد المعالجة لتحسين جودة السطح.
يجمع بين التليين الكيميائي والتآكل الميكانيكي لإزالة المواد مع تحقيق تسطيح عالي للسطح.
المزايا: سطح مستو وسلس للغاية؛ مناسبة للتطبيقات عالية الدقة.
القيود: التكلفة العالية والتحكم في العمليات المعقدة.
تعمل المواد الكيميائية السائلة على إذابة المواد من سطح الرقاقة.
المزايا: معدات بسيطة، منخفضة التكلفة، عملية سهلة.
القيود: يمكن أن يؤدي ضعف تجانس الحفر، وصعوبة التحكم في السُمك بدقة، إلى أسطح خشنة.
تقوم الأنواع المتفاعلة من البلازما بإزالة المواد كيميائيًا من سطح الرقاقة.
المزايا: يسمح بتخفيف موضعي دقيق وتصنيع هيكل معقد.
القيود: معدات باهظة الثمن، عملية معقدة، ارتفاع خشونة السطح.
لا يقتصر ترقق الرقاقات على "جعل الرقاقات أرق" فحسب، بل إنه يتطلب هندسة دقيقة لتجنب العيوب:
توحيد السماكة
يعد سمك الرقاقة المتسق أمرًا بالغ الأهمية لضمان أداء موحد للجهاز عبر الرقاقة.
جودة السطح
يمكن أن يؤدي التخفيف إلى حدوث شقوق صغيرة أو جزيئات أو خشونة سطحية مفرطة، مما يؤثر على الإنتاجية والموثوقية.
إدارة الإجهاد
يمكن أن تؤدي الضغوط الميكانيكية والحرارية التي تحدث أثناء عملية التخفيف إلى انحراف الرقاقة أو تشوهها أو حدوث عيوب داخلية.
يعد ترقق الرقاقة حجر الزاوية في تغليف أشباه الموصلات الحديثة وتقنية 3D IC. فهو يتيح شرائح أخف وأرق مع تحسين الكثافة الوظيفية والإدارة الحرارية. يعد إتقان تقنيات ترقق الرقائق أمرًا ضروريًا لتطوير الأجهزة الإلكترونية عالية الأداء والرفيعة جدًا.
في مجال الإلكترونيات الحديثة، أصبحت الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والساعات الذكية أرق وأخف وزنًا، لكنها أصبحت قوية بشكل متزايد. أحد العوامل الرئيسية التي تمكن هذه الظاهرة "الصغيرة ولكن القوية" هو ترقق الرقاقات، وهي عملية حاسمة في تصنيع أشباه الموصلات تقلل من سمك الرقاقات مع الحفاظ على الأداء.
الرقاقة هي الركيزة الأساسية لشريحة أشباه الموصلات، ويبلغ سمكها عادةً عدة مئات من الميكرومترات. توفر رقائق التخفيف مزايا تقنية متعددة:
تمكين تصميمات العبوات فائقة النحافة
تسمح الرقائق الرقيقة بتركيب الرقائق في الأجهزة المدمجة وخفيفة الوزن مع الحفاظ على الموثوقية الميكانيكية.
تسهيل المرحلية المكدسة ثلاثية الأبعاد
في عبوات IC ثلاثية الأبعاد، يمكن تكديس الرقائق الرقيقة عموديًا، مما يزيد من الكثافة الوظيفية والتكامل في مساحة محدودة.
تحسين الأداء الحراري
تعمل الرقاقات الرقيقة على تقليل مسارات توصيل الحرارة وزيادة نسب السطح إلى الحجم، مما يساعد على تبديد الحرارة بكفاءة ومنع ارتفاع درجة الحرارة الموضعي الذي يمكن أن يؤدي إلى انخفاض أداء الجهاز.
الحد الأدنى للسمك الذي يمكن تحقيقه يعتمد علىخصائص الموادوحجم الرقاقة:
الحجم مهم: الرقائق الأكبر حجمًا تكون أضعف ميكانيكيًا وأكثر عرضة للتشقق أثناء عملية التخفيف.
المسائل المادية: السيليكون (Si)، وزرنيخيد الغاليوم (GaAs)، ونيتريد الغاليوم (GaN)، ونيوبات الليثيوم (LN)، وتنتاليت الليثيوم (LT)، والياقوت، والسيراميك جميعها تظهر قوة ميكانيكية مختلفة. المواد الهشة، مثل GaAs، وGaN، وLN، وLT، يصعب نحيفها ولها حدود دنيا أعلى للسمك.
على سبيل المثال، يمكن لعملية TAIKO الخاصة بشركة Disco أن ترقق 12 بوصةرقاقة السيليكونإلى ما يقرب من 50 ميكرومترًا - تقريبًا سُمك ورقة.
يتم تحقيق ترقق الرقاقة عادة من خلال أربع طرق، ولكل منها مزايا وقيود فريدة:
تتم إزالة المواد فعليًا بواسطة عجلة جلخ ماسية عالية السرعة.
المزايا: إزالة سريعة للمواد، ومناسبة للتخفيف بالجملة.
القيود: يمكن أن يسبب شقوقًا سطحية دقيقة وإجهادًا؛ قد تكون هناك حاجة إلى مرحلة ما بعد المعالجة لتحسين جودة السطح.
يجمع بين التليين الكيميائي والتآكل الميكانيكي لإزالة المواد مع تحقيق تسطيح عالي للسطح.
المزايا: سطح مستو وسلس للغاية؛ مناسبة للتطبيقات عالية الدقة.
القيود: التكلفة العالية والتحكم في العمليات المعقدة.
تعمل المواد الكيميائية السائلة على إذابة المواد من سطح الرقاقة.
المزايا: معدات بسيطة، منخفضة التكلفة، عملية سهلة.
القيود: يمكن أن يؤدي ضعف تجانس الحفر، وصعوبة التحكم في السُمك بدقة، إلى أسطح خشنة.
تقوم الأنواع المتفاعلة من البلازما بإزالة المواد كيميائيًا من سطح الرقاقة.
المزايا: يسمح بتخفيف موضعي دقيق وتصنيع هيكل معقد.
القيود: معدات باهظة الثمن، عملية معقدة، ارتفاع خشونة السطح.
لا يقتصر ترقق الرقاقات على "جعل الرقاقات أرق" فحسب، بل إنه يتطلب هندسة دقيقة لتجنب العيوب:
توحيد السماكة
يعد سمك الرقاقة المتسق أمرًا بالغ الأهمية لضمان أداء موحد للجهاز عبر الرقاقة.
جودة السطح
يمكن أن يؤدي التخفيف إلى حدوث شقوق صغيرة أو جزيئات أو خشونة سطحية مفرطة، مما يؤثر على الإنتاجية والموثوقية.
إدارة الإجهاد
يمكن أن تؤدي الضغوط الميكانيكية والحرارية التي تحدث أثناء عملية التخفيف إلى انحراف الرقاقة أو تشوهها أو حدوث عيوب داخلية.
يعد ترقق الرقاقة حجر الزاوية في تغليف أشباه الموصلات الحديثة وتقنية 3D IC. فهو يتيح شرائح أخف وأرق مع تحسين الكثافة الوظيفية والإدارة الحرارية. يعد إتقان تقنيات ترقق الرقائق أمرًا ضروريًا لتطوير الأجهزة الإلكترونية عالية الأداء والرفيعة جدًا.
