Στην προηγμένη συσκευασία επιπέδου πλακιδίων και την επεξεργασία πίσω, η προσωρινή σύνδεση και η αποσύνδεση έχουν εξελιχθεί από ένα υποστηρικτικό βήμα σε μια μονάδα διαδικασίας κρίσιμης απόδοσης.

Καθώς οι πλάκες συσκευής αραιώνουν σε 30 ̇ 100 μm, και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη και κάτω από 30 μm, η μηχανική ακεραιότητα του πυριτίου μεταβάλλεται ριζικά.η πλάκα συμπεριφέρεται λιγότερο σαν ένα άκαμπτο υπόστρωμα και περισσότερο σαν μια ευέλικτη μεμβράνηΟποιοδήποτε υπερβολικό θερμικό φορτίο, μηχανική κοπή ή μη ομοιόμορφη πίεση κατά τη διάρκεια της αποσύνδεσης μπορεί να οδηγήσει άμεσα:

• Πλάκα και τόξο κυψελών

• Μικρο-σχισμές και κατάγματα

• Μεταλλική αποστρώση

• Τραυματισμοί σε διηλεκτρικά χαμηλής θερμοκρασίας και διασυνδέσεις Cu

Στο πλαίσιο αυτό, η αποσύνδεση με λέιζερ έχει εξελιχθεί σε μία από τις πιο ελεγχόμενες και χαμηλής έντασης τεχνικές διαχωρισμού για προηγμένες συσκευασίες υψηλού επιπέδου.

1Θεμελιώδης έννοιας της αποσύνδεσης με λέιζερ

Το καθοριστικό χαρακτηριστικό της αποσύνδεσης με λέιζερ είναι η χωρικά επιλεκτική παροχή ενέργειας.

Σε αντίθεση με τη θερμική, χημική ή μηχανική αποσύνδεση, όπου η ενέργεια ή η δύναμη εφαρμόζεται σε ολόκληρη τη στοίβα πλακιδίων, η αποσύνδεση λέιζερ περιορίζει την αποθέτηση ενέργειας σε μια προκαθορισμένη περιοχή της διεπαφής.

Η έννοια αυτή βασίζεται σε τρεις βασικές προϋποθέσεις:

1. Ενα διαφανές με λέιζερ πλακάκι μεταφοράς

   • Συνήθως γυαλί, λιωμένο πυρίτιο ή διαφανής κεραμική

2. Ενα προσωρινό στρώμα σύνδεσης που ανταποκρίνεται σε λέιζερ

   • Άλλες συσκευές για την κατασκευή συσκευών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή συσκευών για την κατασκευή συσκευών για την κατασκευή συσκευών για την κατασκευή συσκευών για την κατασκευή συσκευών για την κατασκευή συσκευών για την κατασκευή συσκευών για την κατασκευή συσκευών για την κατασκευή συσκευών

3. Ακτινοβολία λέιζερ από την πλευρά του φορέα

   • Η πλάκα συσκευής δεν εκτίθεται ποτέ άμεσα στην ακτίνα λέιζερ

Σε πρακτικούς όρους, το λέιζερ περνά μέσα από τον φορέα, αλληλεπιδρά μόνο με το στρώμα σύνδεσης ή την διεπαφή σύνδεσης και ξεκινά τον διαχωρισμό χωρίς να θερμαίνεται ή να πιέζεται απευθείας η πλάκα της συσκευής.

2Τυπική ροή της διαδικασίας αποσύνδεσης με λέιζερ

Χρησιμοποιώντας ένα γυάλινο φορέα ως παράδειγμα, η τυπική ροή της διαδικασίας είναι η ακόλουθη:

1. Προσωρινή δέσμευση

   • Συσκευή για την προσκόλληση πλακίδας σε διαφανή φορέα χρησιμοποιώντας κόλλα απελευθέρωσης λέιζερ

   • Χαμηλή πίεση δέσμευσης και καλή επίπεδεια

2. Αποδυνάμωση κυψελών

   • Επιστροφική άλεση και CMP

   • Τελικό πάχος συνήθως 20μm

3. Επεξεργασία από την άλλη πλευρά

   • Σχηματισμός TSV

   • στρώματα αναδιανομής (RDL)

   • Μεταλλικοποίηση πίσω

   • Καθαρισμός, χαρακτική και εναπόθεση

4. Αποσύνδεση με λέιζερ

   • Σκανάρισμα με λέιζερ από την πλευρά του φορέα

   • Η ενέργεια αποθηκεύεται στο στρώμα ή στη διεπαφή της συγκολλητικής ύλης

5. Διαχωρισμός κυψελών

   • Η δύναμη προσκόλλησης καταρρέει

   • Η συσκευή διαχωρίζει την πλάκα με ελάχιστη ή καθόλου εξωτερική δύναμη

6. Καθαρισμός μετά το χρέος

   • Απομάκρυνση υπολειμματικής κόλλας, εάν απαιτείται

3. Φυσικοί και χημικοί μηχανισμοί αποσύνδεσης με λέιζερ

Η αποσύνδεση με λέιζερ δεν διέπεται από έναν ενιαίο μηχανισμό.

3.1 Φωτοθερμική αποσύνδεση

Η φωτοθερμική αποσύνδεση είναι ο πιο διαδεδομένος μηχανισμός σε περιβάλλοντα παραγωγής.

• Η κόλλα δέσμευσης απορροφά έντονα την ενέργεια του λέιζερ

• Τοποθετημένη, παροδική θέρμανση εμφανίζεται στη διεπαφή

• Οι αλυσίδες πολυμερών υποβάλλονται σε θερμική αποσύνθεση ή ανθρακούχωση

• Η δύναμη προσκόλλησης μειώνεται γρήγορα

Βασικά χαρακτηριστικά:

• Η ενέργεια περιορίζεται σε περιοχές μικρομετρικής κλίμακας

• Η διάρκεια θέρμανσης είναι εξαιρετικά σύντομη (ns μs)

• Η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας των πλακών είναι αμελητέα

3.2 Φωτοχημικός διαχωρισμός δεσμών

Μερικές προηγμένες κόλλες έχουν σχεδιαστεί για να υποβάλλονται σε άμεσες φωτοχημικές αντιδράσεις κάτω από συγκεκριμένα μήκη κύματος λέιζερ (συχνά υπεριώδη).

• Τα φωτόνια λέιζερ σπάνε τους δεσμούς της ραχοκοκαλιάς του πολυμερούς

• Το μοριακό δίκτυο καταρρέει.

• Το κόλλημα χάνει τη δομική ακεραιότητα

Ο μηχανισμός αυτός βασίζεται λιγότερο στην αύξηση της θερμοκρασίας και περισσότερο στη διάσπαση χημικών δεσμών, καθιστώντας τον ιδιαίτερα κατάλληλο για:

• Υπερλεπτές πλάκες

• Διαρθρώσεις συσκευών ευαίσθητων στη θερμοκρασία

3.3 Διαφανειακή αφαίρεση και απελευθέρωση μικροκυμάτων

Σε υψηλότερες πυκνότητες ενέργειας, η ακτινοβολία λέιζερ μπορεί να προκαλέσει:

• Τοποθετημένη αφαίρεση ή ταχεία δημιουργία αερίων

• Παραγωγή πίεσης σε μικροκλίμακα στη διεπαφή

• Ομοιόμορφος διαχωρισμός σε ολόκληρη τη δασμολογημένη περιοχή

Όταν ελέγχεται σωστά, αυτός ο μηχανισμός παράγει ένα επίπεδο και απαλό μέτωπο διαχωρισμού, αντί για καταστροφική αποστρωματισμό.

4. Τα πλεονεκτήματα της αποσύνδεσης με λέιζερ

Σε σύγκριση με τις θερμικές, χημικές και μηχανικές τεχνικές αποσύνδεσης, η αποσύνδεση με λέιζερ προσφέρει αρκετά αποφασιστικά πλεονεκτήματα.

4.1 Υπερ-χαμηλή μηχανική πίεση

• Χωρίς γλιστρήσεις

• Χωρίς ξεφλούδισμα.

• Ελάχιστη εξωτερική δύναμη

Αυτό καθιστά την αποσύνδεση με λέιζερ ιδιαίτερα κατάλληλη για πλάκες λεπτότερες από 50 μm.

4.2 Ελάχιστη ζώνη θερμότητας (HAZ)

• Η εναπόθεση ενέργειας είναι τοπική και παροδική.

• Η πλάκα συσκευής παρουσιάζει αμελητέο θερμικό φορτίο

• Ασφαλές για διασυνδέσεις Cu και υλικά χαμηλής θερμοκρασίας

4.3 Υψηλή ελεγκτικότητα της διαδικασίας

• Το μήκος κύματος του λέιζερ, η ενέργεια των παλμών, ο ρυθμός επανάληψης και το πρότυπο σάρωσης είναι προγραμματιζόμενα

• Η ομοιομορφία σε πλάκες 300 mm είναι εφικτή

• Εξαιρετική επαναληπτικότητα

4.4 Καθαρός διαχωρισμός και υψηλή απόδοση

• Καμία μόλυνση από διαλύτες

• Η υπολειπόμενη κόλλα είναι λεπτή και ελεγχόμενη.

• Απλουστευμένος καθαρισμός μετά την έκδοση ομολόγων

5Μηχανικοί περιορισμοί και περιορισμοί

Παρά τα πλεονεκτήματα της, η αποσύνδεση με λέιζερ δεν είναι καθολικά εφαρμόσιμη.

Οι βασικοί περιορισμοί περιλαμβάνουν:

• Απαιτήσεις για διαφανή πλακάκια φορέα

• Οι κόλλες πρέπει να είναι συμβατές με το λέιζερ.

• Ανώτερο κεφαλαιακό κόστος και πολυπλοκότητα του συστήματος

• Απαιτείται στενή ολοκλήρωση μεταξύ παραμέτρων λέιζερ και χημείας συγκολλητικών

Ως εκ τούτου, η αποσύνδεση με λέιζερ χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές υψηλής αξίας και ευαίσθητες στην απόδοση, αντί για παλαιότερες διαδικασίες που βασίζονται στο κόστος.

6. Τομείς εφαρμογής

Η αποσύνδεση με λέιζερ χρησιμοποιείται συνήθως σε:

• Προηγμένη λογική συσκευασίας

• Ενσωμάτωση 3D IC και TSV

• Ετερογενής ολοκλήρωση

• Μνήμη υψηλού εύρους ζώνης (HBM)

• Τεχνητή νοημοσύνη και υπολογιστικές συσκευές υψηλών επιδόσεων

7Τεχνολογικές τάσεις και προοπτικές

Καθώς το πάχος των πλακών συνεχίζει να μειώνεται και η πυκνότητα ολοκλήρωσης αυξάνεται, η αποσύνδεση μεταβαίνει από μια δευτερεύουσα λειτουργία σε έναν πρωταρχικό καθοριστικό απόδοσης.

Οι τρέχουσες τάσεις δείχνουν:

• Μετανάστευση από μηχανική → θερμική → λέιζερ αποσύνδεση

• Αύξηση του συνσχεδιασμού χημείας συγκολλητικών × φυσικής λέιζερ × υλικών φορέα

• Η αποσύνδεση με λέιζερ γίνεται η προεπιλεγμένη λύση για τα υπεραπλανά πλακάκια

8Συνοπτική

Η αποσύνδεση με λέιζερ δεν αφορά την αφαίρεση της κόλλας, αλλά τον ακριβή έλεγχο του πού και πώς συμβαίνει ο διαχωρισμός.

Στην προηγμένη συσκευασία, η πραγματική πρόκληση δεν είναι πλέον η σύνδεση των πλακών μεταξύ τους, αλλά το να τα διαχωρίσουμε καθαρά, απαλά και ακριβώς στην προβλεπόμενη διεπαφή.

Η αποσύνδεση με λέιζερ αντιπροσωπεύει μία από τις πιο εκλεπτυσμένες λύσεις σε αυτή την πρόκληση, συνδυάζοντας την επιστήμη των υλικών, την οπτική και τη μηχανική διαδικασιών σε ένα ενιαίο, κομψό βήμα.