Лазерное скрайбирование Определение Скрайбирование

Лазерное скрайбирование

Определение Скрайбирование (англ. v-scoring) это нанесение линейных надрезов заданной глубины на поверхность технологической заготовки с обеих сторон, с целью упрощения производства и облегчения последующего разделения плоской пластины полупроводникового материала

Процесс лазерного скрайбирования (а) Процесс скрайбирования происходит в результате теплового воздействия интенсивного лазерного излучения на обрабатываемый материал. В основе данного процесса лежит эффект (б) лазерной абляции. Мощный лазерный пучок осуществляет скрайбирование обрабатываемой заготовки (например пластины кремния) путем испарения обрабатываемого материала. В результате этого при перемещении сфокусированного Рис 1. Результат лазерного пятна по поверхности материала образуется скрайбирования: а – кремниевый субстрат, глубокая канавка. При этом практически разделенный на отдельные пластинки, отсутствует механические повреждения в б – макрофотография углов отдельных чипов прилегающих к ней областях. с микросхемами на сапфировой подложке

Процесс лазерного скрайбирования При перемещении обрабатываемой пластины относительно падающего на ее поверхность сфокусированного лазерного пучка на ней образуется ряд углублений с большим коэффициентом перекрытия. В результате образуется ровная непрерывная канавка, имеющая в сечении V-образную форму. (рис 2) Характерные размеры такой канавки следующие: ширина на поверхности пластины – 2… 25 мкм Рис 2. Изображение V - глубина – от 50 мкм до 1, 2 мм. образного реза в поперечном сечении точность реза – ± 10 мкм. сапфировой скорость скрайбирования от 0, 5 до 700 мм/c. подложки, полученное на электронном глубина нарезанной канавки 25… 35 % от сканирующем микроскопе общей толщины пластины. Этого оказывается достаточно для ее высококачественного раскалывания. Чем больше глубина разреза, тем выше качество скола, но это приводит к уменьшению скорости скрайбирования и, соответственно, к увеличению времени, затрачиваемого на

Лазеры применяемые для скрайбирования Обычно скрайбирование осуществляется с помощью лазеров, работающих в ультрафиолетовой области спектра. Для этого используются медные лазеры с удвоением частоты излучения (длина волны 289 нм), а также импульсно- периодические -YAG: Nd- и Nd: YVO 4 -лазеры на длинах волн третьей или четвертой гармоники (355 и 266 нм соответственно). Однако в ряде задач используют и излучение основной длины волны этих лазеров (1064 нм). Во всех случаях выходные характеристики лазеров подбираются таким образом, чтобы плотность мощности излучения была достаточна для испарения обрабатываемого материала, но слишком мала для передачи выделяющегося в пластине тепла в смежные области, прилегающие к зоне обработки. Это позволяет исключить образование радиальных микротрещин и нагревание обрабатываемой пластины.

Технология Stealth Dicing ( «резка-невидимка» ). Лазерный пучок Основная идея технологии «stealth dicing» (SD) состоит в том, что надрез обрабатываемой полупроводниковой пластины осуществляется не снаружи (с внешней стороны заготовки), а внутри нее. Происходит это следующим образом. Лазерный пучок направляется на одну из сторон пластины, но фокусировка пучка осуществляется не на обращенной к лазеру поверхности, как при обычном скрайбировании, а внутри пластины (вблизи противоположной –дальней по отношению к лазеру поверхности) (рис 3). В результате этого при достаточной плотности мощности лазерного излучения внутри заготовки Рис. 3. Диаграмма, поясняющая принцип образуется линия «микрокрэков» (от английского технологии «stealth dicing» crack – трещина, свищ), т. е. точечных дефектов, (SD – линия, вдоль которой движется ла- наподобие тех, что создают методом лазерной 3 D- зерный пучок, формирующий полосу маркировки внутри стеклянных кубиков при изготовлении сувенирной продукции в виде надписей или объемных рисунков.

Внутренние треки а) б) Рис. 4. Изображение внутренних «треков» в полупроводниковой пластине: а – поперечное сечение пластины на виде сбоку (в плоскости падения лазерного пучка); б – в перпендикулярном направлении (вид «сверху» – со стороны лазера)

Преимущества лазерного скрайбирования Отсутствие механического контакта , малая продолжительность действия, и малый размер зоны воздействия; это гарантирует крутые края реза и малые остаточные напряжения. Отсутствие трещин в точках пересечения надрезов Возможность скрайбирования полупроводниковых пластин с нанесенным защитным покрытием, т. к скрайбирование сделано на пластинах с уже сформированным полупроводниковыми структурами Высокое качество резов Возможность сокращения чипа до 0, 25 мм Высокая скорость скрайбирования, которая сильно увеличивает производительность-одна лазерная установка для скрайбирования заменяет до 10 механических Возможность получения более глубокой (в 2 -3 раза) и более регулярной резку управляемым способом, который существенно к увеличивает выход годных изделий после резки до 96 -98% (алмазная резка дает 86 -94%) из-за того, что при механической резке нельзя управлять глуьиной и шириной реза Увеличение выхода годных чипов приводит к существенной экономии

Лазерная гравировка

Лазерная гравировка Операции лазерной гравировки представляют собой нанесение текстовых и графических изображений на поверхность обрабатываемого изделия под воздействием высокоинтенсивного лазерного излучения, которое удаляет часть материала

Толщина убираемого материала Обычная гравировка-толщина убираемого материала до 0, 5 мм Глубокая гравировка-толщина убираемого материала 3, 5 мм

Виды гравировки Растровая гравировка-луч скользит по всей поверхности и формирует большое количество точек разной плотности, что позволяет получить практически фотографическое изображение Контурная гравировка - когда луч лазера обрисовывает контуры букв и логотипов в виде тонких линий.

Процесс лазерной гравировки В лазере, (лазерном станке) свет от лампы, фокусируется в луч и передается через систему зеркал или оптическое волокно на линзу, где он приобретает окончательную фокусировку и попадает на гравируемый материал. При этом чем ближе расстояние от линзы до материала к фокосному тем точнее и тоньше могут быть линии гравировки. В процессе лазерной гравировки удаляется лишний материал с поверхности заготовки путем его сублимации (испарения минуя жидкую фазу) под воздействием сфокусированного лазерного пучка. за счет чего на поверхности материала возникают углубления, сочетания которых дают необходимое изображение или надпись. Глубина гравировки зависит от выбранной мощности лазерного станка, от физических свойств гравируемого материала и от количества проходов (количества линий — траектория которых совпадает с траекторией уже выгравированных линий, проще говоря повторений сделанных по одной и той же заготовке). В процессе лазерной гравировки, с учетом особенностей метода, на краях гравируемого изображения могут возникать оплавления, как побочный эффект перегревания материала. Этот эффект может в дальнейшем быть убран за счет уменьшения температуры и длительности воздействия луча на материал, что реализуется путем уменьшения мощности станка, увеличением скорости гравировки, за счет чего может понадобиться выполнение дополнительных проходов.

Лазеры для гравировки Непрерывные CO 2 -лазеры (мощностью от 10 до 50 Вт) Импульсные YAG: Nd-лазеры, работающие в режиме свободной генерации(энергия в импульсе до 1 Дж, частота повторения импульсов до 100 Гц).

Преимущества Бесконтактность Высокая скорость обработки и отсутствие механического контакта с материалом Высокая разрешающая способность Повторяемость сложных изображений в любых количествах Износостойкость нанесенных изображений

Недостатки Невозможность контролировать точность глубины гравировки Гравированная площадь не имеет однородной плоскости поверхности, что связанно с неоднородностью материала, имеющейся повсеместно Не все материалы могут перенести температурное воздействие лазерного луча, вследствие чего деталь испытывает нежелательные деформации

Оборудование Argent TSH-G 460