التفرد

فصل الرقاقات ، أو ما يُعرف بتقطيع الرقاقات ، هو عملية في تصنيع أشباه الموصلات يتم من خلالها فصل الرقاقات عن رقاقة أشباه الموصلات النهائية . ^{[ 1 ]} قد تشمل هذه العملية الكتابة والكسر، أو النشر الميكانيكي (عادةً باستخدام آلة تُسمى منشار التقطيع ) ^{[ 2 ]} أو القطع بالليزر . جميع هذه الطرق مؤتمتة عادةً لضمان الدقة والضبط. ^{[ 3 ]} بعد عملية التقطيع، يمكن تغليف رقائق السيليكون الفردية في حوامل رقائق ، والتي تصبح مناسبة للاستخدام في بناء الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر ، وغيرها.

أثناء عملية التقطيع، تُثبّت الرقاقات عادةً على شريط تقطيع ذي طبقة لاصقة تُمسك الرقاقة على إطار معدني رقيق . يختلف شريط التقطيع في خصائصه تبعًا لتطبيق التقطيع. تُستخدم الأشرطة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية للأحجام الصغيرة، بينما تُستخدم الأشرطة غير المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية للأحجام الكبيرة. قد تستخدم مناشير التقطيع شفرة تقطيع مزودة بجزيئات ماسية، تدور بسرعة 30,000 دورة في الدقيقة وتُبرّد بالماء منزوع الأيونات. بعد تقطيع الرقاقة، تُسمى القطع المتبقية على شريط التقطيع " رقاقة " أو "قطع ". تُغلّف كل قطعة في عبوة مناسبة أو توضع مباشرةً على لوحة الدوائر المطبوعة كـ"رقاقة مكشوفة". يبلغ عرض المناطق التي تم قطعها أو نشرها، والتي تُسمى " شوارع الرقاقة "، حوالي 75 ميكرومترًا (0.003  بوصة). بمجرد تقطيع الرقاقة، ستبقى الرقاقة على شريط التقطيع حتى يتم استخراجها بواسطة معدات معالجة الرقاقات، مثل آلة ربط الرقاقات أو آلة فرز الرقاقات ، في مرحلة لاحقة من عملية تجميع الإلكترونيات.

تعتمد صناعة أشباه الموصلات التقليدية على أسلوب "التقطيع بعد التخفيف"، حيث يتم تخفيف الرقاقات أولاً قبل تقطيعها. ثم تُصقل الرقاقة في عملية تُسمى الصقل من الخلف (BSG) قبل تقطيعها. ^{[ 1 ]}

قد يتراوح حجم الرقاقة المتبقية على الشريط من 35  مم للضلع (كبيرة جدًا) إلى 0.1  مم مربع (صغيرة جدًا). ​​يمكن أن تكون الرقاقة الناتجة أي شكل ناتج عن خطوط مستقيمة، ولكنها عادةً ما تكون مستطيلة أو مربعة. في بعض الحالات، يمكن أن تكون بأشكال أخرى أيضًا اعتمادًا على طريقة الفصل المستخدمة. تتميز آلة القطع بالليزر ذات القطع الكامل بقدرتها على القطع والفصل بأشكال متنوعة.

تشمل المواد التي يتم تقطيعها الزجاج ، والألومينا ، والسيليكون، وأرسينيد الغاليوم (GaAs)، والسيليكون على الياقوت (SoS)، والسيراميك ، وأشباه الموصلات المركبة الحساسة.

يمكن أيضًا تقطيع رقائق السيليكون بتقنية تعتمد على الليزر، تُعرف باسم عملية التقطيع الخفي. وتعمل هذه العملية على مرحلتين: في المرحلة الأولى، تُحدث مناطق العيوب في الرقاقة عن طريق مسح الشعاع على طول خطوط القطع المطلوبة، وفي المرحلة الثانية، يتم توسيع غشاء حامل أسفل الرقاقة لإحداث الكسر. ^{[ 5 ]}

تعتمد الخطوة الأولى على ليزر Nd:YAG  نبضي، حيث يتناسب طول موجته (1064 نانومتر) تمامًا مع فجوة النطاق الإلكتروني للسيليكون ( 1.11 إلكترون فولت أو 1117 نانومتر)، مما يسمح بضبط أقصى امتصاص ممكن عن طريق التركيز البصري . ^{[ 6 ]} تُحفر مناطق العيوب بعرض 10 ميكرومتر تقريبًا من خلال مسح الليزر عدة مرات على طول مسارات التقطيع المقصودة، حيث يُركز الشعاع على أعماق مختلفة من الرقاقة. ^{[ 7 ]} يوضح الشكل صورة مجهرية ضوئية لمستوى انقسام شريحة مفصولة بسمك 150 ميكرومتر، خضعت لأربع عمليات مسح ليزري، للمقارنة. ^{[ 4 ]} تكون العيوب العلوية هي الأكثر وضوحًا، ويُلاحظ أن نبضة ليزر واحدة تُحدث منطقة بلورية معيبة تُشبه شكل لهب الشمعة. ينتج هذا الشكل عن الانصهار والتصلب السريع للمنطقة المُشعَّعة في بؤرة شعاع الليزر، حيث ترتفع درجة حرارة أحجام صغيرة لا تتجاوز بضعة ميكرومترات مكعبة فجأةً إلى حوالي 1000 كلفن في غضون ^{نانوثانية} ، ثم تعود إلى درجة حرارة الغرفة. ^{[ 6 ] [ 7 ]} يُشغَّل الليزر عادةً بنبضات بتردد حوالي 100 كيلوهرتز، بينما تُحرَّك الرقاقة بسرعة حوالي 1 متر/ثانية. تُحفر في النهاية منطقة معيبة بعرض حوالي 10 ميكرومترات في الرقاقة، حيث يحدث كسر تفضيلي تحت تأثير التحميل الميكانيكي . يتم الكسر في الخطوة الثانية، ويعمل عن طريق التمدد الشعاعي للغشاء الحامل الذي تُثبَّت عليه الرقاقة. يبدأ الانفصال من الأسفل ويتجه نحو السطح، لذا يجب إدخال كثافة تشوه عالية في الأسفل.       

تتمثل ميزة عملية التقطيع الخفي في أنها لا تتطلب سائل تبريد . ويُعدّ استخدام طرق التقطيع الجاف ضروريًا لتحضير بعض الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة ( MEMS )، لا سيما عند استخدامها في التطبيقات الإلكترونية الحيوية . ^{[ 4 ]} إضافةً إلى ذلك، لا تُنتج عملية التقطيع الخفي سوى القليل من الحطام، وتتيح استغلالًا أفضل لسطح الرقاقة نظرًا لانخفاض فقدان القطع مقارنةً بمنشار الرقاقة. ويمكن إجراء عملية طحن الرقاقة بعد هذه الخطوة لتقليل سُمك الشريحة. ^{[ 8 ]}

تُعدّ عملية DBG، أو "التقطيع قبل الطحن"، طريقةً لفصل الرقاقات دون تقطيعها. ويحدث الفصل أثناء مرحلة ترقيق الرقاقة. تُقطّع الرقاقات مبدئيًا باستخدام أداة تقطيع نصفية إلى عمق أقل من السُمك النهائي المطلوب. بعد ذلك، تُرقّق الرقاقة إلى السُمك المطلوب وهي مثبتة على غشاء لاصق خاص ^{[ 9 ]} ، ثم تُثبّت على شريط لاصق لتثبيت الرقاقات في مكانها حتى تصبح جاهزةً لمرحلة التغليف. وتكمن فائدة عملية DBG في زيادة قوة الرقاقات. ^{[ 10 ]} بدلاً من ذلك، يمكن استخدام التقطيع بالبلازما، الذي يستبدل منشار أداة التقطيع بتقنية الحفر العميق التفاعلي للبلازما (DRIE) . ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

تتطلب عملية DBG شريط تجليخ خلفي يتميز بالخصائص التالية: 1) قوة تماسك عالية (تمنع تسرب سائل التجليخ وغبار القوالب أثناء التجليخ)، 2) امتصاص و/أو تخفيف إجهاد الضغط وإجهاد القص أثناء التجليخ، 3) كبح التشققات الناتجة عن التلامس بين القوالب، 4) قوة تماسك يمكن تقليلها بشكل كبير من خلال التعرض للأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 19 ]}

• ربط الرقائق