Procesy pakowania MEMS i czujników mogą wymagać obsługi i przetwarzania ultracienkich płytek półprzewodnikowych.Na rynku pojawiły się już różne systemy przenoszenia cienkich płytek, które wymagają specjalnego narzędzia do przenoszenia, takiego jak wafel nośny (lub wafel nośny).Dzięki tymczasowemu sklejeniu wafla urządzenia z wafelkiem nośnym można go bezpiecznie manipulować i przetwarzać.W zależności od technik tymczasowego łączenia i odklejania, istnieją różne wymagania dotyczące płytek nośnych.W tym artykule szczegółowo opisano wymagania dotyczące płytek nośnych jako niezbędnego narzędzia do obsługi w technologiach pakowania płytek 3D na poziomie płytek.

Wstęp

W przemyśle MEMS i półprzewodników następuje ciągłe zmniejszanie grubości płytek.Wynika to z zapotrzebowania rynku na mniejsze urządzenia, które zapewniają większą liczbę funkcji przy obniżonych kosztach;w tym celu należy zrealizować mniejsze rozmiary opakowań.Za ten trend odpowiadają głównie aplikacje konsumenckie, ale zapotrzebowanie na mniejsze rozmiary opakowań wynika również z zalet technicznych, na przykład lepszej wydajności elektrycznej lub lepszego zarządzania ciepłem.

Mniejsze rozmiary opakowań wymagają wyjątkowo cienkich podłoży do budowy urządzeń.Te cienkie i ultracienkie podłoża umożliwiają również pakowanie 3D czujników, takich jak czujniki obrazu CMOS i inne.Produkcja cienkich wafli w dużych ilościach stawia wysokie wymagania narzędziom do obsługi i obróbki.

Cienkie wafle ze względu na swoją niewielką grubość są podatne na naprężenia i pękanie.Wypaczanie się wafli podczas manipulacji i przetwarzania powoduje dużą utratę wydajności lub może nawet uniemożliwić dalszą obróbkę wafli.Oznacza to, że potrzebna jest technologia obsługi cienkich płytek o wysokim stopniu elastyczności w zakresie rozmiarów płytek i podłoża.Wafle nośne muszą mieć określone właściwości, takie jak: wytrzymałość mechaniczna;odporność chemiczna i wysoka temperatura;niewiarygodnie niskie tolerancje (do 1 μm zmienności grubości);i rozszerzalności cieplnej dostosowanej do użytego materiału, na przykład arsenku galu (GaAs), fosforku indu (InP), krzemu (Si) lub węglika krzemu (SiC).Co więcej, narzędzia manipulacyjne czasami muszą być odpowiednie dla materiałów takich jak GaAs i Si, a nawet kompatybilnych z CMOS.

Wyżej wymienione wymagania mogą spełniać wysokiej klasy wafle nośne wykonane ze szkła, kwarcu lub krzemu.Szkło i kwarc są doskonałymi materiałami na wafle nośne ze względu na ich stabilność termiczną oraz odporność na kwasy i inne chemikalia.Klejenie i odklejanie się od wafli szklanych i kwarcowych można monitorować, ponieważ są one przezroczyste.Ponadto szklane płytki nośne można czyścić i ponownie wykorzystywać, przyczyniając się w ten sposób do obniżenia kosztów i ochrony środowiska.

Obsługa cienkich płytek

W procesach obsługi cienkich płytek, wafel urządzenia jest tymczasowo łączony ze sztywnym waflem nośnym o wysokiej dokładności za pomocą kleju na bazie polimeru.Ogólny przebieg procesu dla tymczasowego klejenia pokazano narysunek 1.Po manipulacji i obróbce wafla urządzenia przy użyciu standardowych narzędzi procesowych półprzewodnikowych, uwalnianie (odklejanie) odbywa się różnymi technikami, a mianowicie chemicznymi rozpuszczaniem kleju, ciepłem obniżającym lepkość kleju lub laserem zmniejszającym siłę klejenia.

Metody odklejania – odpowiednie nośniki do różnych zastosowań

W tymczasowych procesach łączenia płytek, płytka nośna musi zostać usunięta z płytki urządzenia po zakończeniu przetwarzania.W zależności od charakterystyki urządzenia i zastosowanego procesu istnieją różne wymagania dotyczące specyfikacji płytek nośnych.Poniżej wyjaśniono różne rodzaje płytek nośnych o specjalnych właściwościach do typowych procesów oddzielania.

Wafle nośne do uwalniania laserowego

W przypadku odklejania laserowego siła klejenia zmniejsza się poprzez wystawienie go na działanie światła laserowego (Rysunek 2).Metody odklejania można przeprowadzać w temperaturze pokojowej.

Do procesów odklejania laserowego potrzebne są wysoce przezroczyste płytki nośne, które przepuszczają odpowiednią długość fali lasera.Dwustronnie polerowane szklane lub kwarcowe wafle nośne mają doskonałą jakość powierzchni, dzięki czemu spełniają wymagania procesu odklejania laserowego.Po naświetleniu laserem wafel urządzenia można odłączyć od wafla nośnego.Na koniec wafel nośny musi zostać wyczyszczony, a następnie można go kilkakrotnie użyć ponownie.Metoda odklejania laserowego stosowana jest głównie w opakowaniach typu „fan-out” na poziomie wafla oraz w zaawansowanych procesach pakowania.

Wafle nośne do uwalniania chemicznego

Tutaj rozwarstwienie jest spowodowane przez chemikalia, które rozpuszczają klej po obróbce (w tym rozcieńczeniu) wafla urządzenia (rysunek 3).Płytka nośna jest perforowana, aby rozpuszczalnik mógł przez nią przejść i wejść w kontakt z klejem.Takie wafle nośne można wytwarzać poprzez połączenie pustego nośnika szklanego z najnowszymi technologiami wzornictwa i wąskimi tolerancjami.Aby móc rozprowadzić chemię tak szybko, jak to możliwe, potrzebne są bardzo małe otwory o dużej gęstości.Można wykonać ponad 150 000 otworów przelotowych o tej samej wielkości, co zapewnia gładkie i bezpieczne odklejanie, podczas gdy płytka nośna jest odporna na wpływy mechaniczne.

Wafle nośne do uwalniania chemicznego są dostępne w całkowitej zmienności grubości (TTV) tak niskim, jak 1 mikron oraz w wielu materiałach dostosowanych do współczynnika liniowej rozszerzalności cieplnej (CTE).Te wafle nośne mogą być ponownie użyte do 50 razy.

Wafle nośne do uwalniania termicznego

Kleje termoplastyczne służą do przyklejania wafla urządzenia lub pojedynczych wiórów do wafla nośnego.Kleje te zmniejszają lepkość w wyższych temperaturach (tj. od 100˚C), dzięki czemu po poddaniu wafelka urządzenia można go odciąć od wafla nośnego (rysunek 4).W tym celu potrzebne są nieperforowane wafle nośne lub wafle nośne z zagłębionymi kieszeniami.

Wafle nośne adaptera zapewniające wyjątkową elastyczność

Przemysł półprzewodników i MEMS produkuje wafle o coraz większej różnorodności średnic.Jednak sprzęt do przetwarzania wymagany dla różnych średnic płytek lub wymiarów podłoża nie jest dostępny dla wszystkich firm.Wafle nośne adaptera posiadają kieszenie do przechowywania wafli o mniejszych średnicach lub substratów o mniejszych wymiarach i przenoszenia ich przez cały proces (rysunek 5).Pozwala to na obsługę i obróbkę różnych rozmiarów płytek i substratów na istniejącym sprzęcie.

Wafle nośne adaptera to albo przetworzone powierzchniowo szkło lub wafle krzemowe z wzorzystymi kieszeniami, albo wafle krzemowe trwale połączone z pierścieniami ze szkła borokrzemianowego, które zostały ukształtowane zgodnie z wymiarami podłoża.Tak uformowane kieszenie na wafelku o wymaganej średnicy zewnętrznej umożliwiają obróbkę mniejszych wafli i podłoży np. wafelków 150 mm na sprzęcie 200 mm.Można obsługiwać nawet wiele małych podłoży, na przykład cztery wafle 76 mm na waflu nośnym 200 mm.

Opcje to:

• wafle szklane z wzorzystymi kieszeniami;
• silikonowe wafle nośne z wzorzystymi kieszeniami;oraz
• wafle krzemowe trwale połączone ze szklanymi pierścieniami.

Dzięki zastosowanym materiałom wafle nośne mogą być stosowane w temperaturach roboczych do 500°C.Ponadto można dodać otwory lub rowki, aby umożliwić stosowanie płytek nośnych adaptera z uchwytem próżniowym.Unikalne znakowanie za pomocą kodów szybkiej odpowiedzi (QR) można zastosować w celu łatwego śledzenia.

Wniosek

Wafle nośne wykonane ze szkła, kwarcu lub krzemu są podstawowymi narzędziami do pakowania MEMS i czujników na poziomie płytek 3D.Plan Optik produkuje wysokiej jakości płytki szklane, kwarcowe i krzemowe do wielu procesów związanych z MEMS i półprzewodnikami.Mogą zapewnić, jak wspomniano powyżej, odporność chemiczną i wysoką temperaturę, wyjątkowo niskie tolerancje i rozszerzalność cieplną dostosowaną do krzemu lub innych materiałów podłoża.Ponadto można wprowadzić właściwości nieprzywierające lub przywierające powierzchni, a doskonałą jakość powierzchni można osiągnąć dzięki dwustronnemu polerowaniu
.