W zaawansowanym opakowaniu na poziomie płytki i przetwarzaniu z tyłu, czasowe wiązanie i odwiązywanie ewoluowały z etapu pomocniczego w moduł procesu krytycznego dla wydajności.

Ponieważ płytki urządzenia są rozcieńczone do 30 ‰ 100 μm, a w niektórych przypadkach nawet poniżej 30 μm, mechaniczna integralność krzemu jest zasadniczo zmieniona.płytka zachowuje się mniej jak sztywny podłoże, a bardziej jak elastyczna membranaWszelkie nadmierne obciążenie termiczne, obcięcie mechaniczne lub nierównomierne naprężenie podczas odłączania mogą bezpośrednio prowadzić do:

• Włókno i łuk płytki

• Mikro-pęknięcia i złamania

• Delaminacja metalu

• Uszkodzenie dielektryków o niskim poziomie k i połączeń Cu

W tym kontekście odłączenie laserowe stało się jedną z najbardziej kontrolowanych i nisko naprężających się technik separacji zaawansowanych opakowań wysokiej klasy.

1Podstawowa koncepcja odwiązywania laserowego

Cechą charakterystyczną odłączenia laserowego jest przestrzennie selektywne dostarczanie energii.

W przeciwieństwie do odłączenia termicznego, chemicznego lub mechanicznego, w którym energia lub siła jest stosowana do całego stosu płytek, odłączenie laserowe ogranicza odłożenie energii do z góry zdefiniowanego regionu interfacy.

Koncepcja ta opiera się na trzech podstawowych warunkach:

1. Płytka nośna laserowo przejrzysta

   • Zazwyczaj szkło, stopiony krzemionka lub przezroczysta ceramika

2. Warstwa czasowego wiązania reagująca na laser

   • Pozostałe, z wyłączeniem:

3. Promieniowanie laserowe ze strony nośnika

   • Płytka urządzenia nigdy nie jest bezpośrednio narażona na wiązkę lasera

W praktyce laser przechodzi przez nośnik, wchodzi w interakcję tylko z warstwą łączącą lub interfejsem łączącym i inicjuje separację bez bezpośredniego podgrzewania lub obciążania płytki urządzenia.

2Typowy przepływ procesu odwiązywania laserowego

Przykładowo przy użyciu nośnika szklanego standardowy przepływ procesu jest następujący:

1. Tymczasowe powiązanie

   • Urządzenie do wiązania płytki z przejrzystym nośnikiem za pomocą kleju z odpuszczaniem laserowym

   • Niskie naprężenie wiązania i dobra płaskość

2. Rozrzedzanie płytek

   • Przetwarzanie wsteczne i CMP

   • Gęstość końcowa zwykle 20 ‰ 50 μm

3. Przetwarzanie z tyłu

   • Tworzenie TSV

   • Warstwy redystrybucji (RDL)

   • Metalizacja z tyłu

   • Oczyszczanie, grafowanie i osadzanie

4. Odłączenie laserowe

   • Skanowanie laserowe z strony nośnika

   • Energia jest odkładana na warstwie lub interfejsie kleju

5. Separacja płytek

   • Siła przyczepności upada.

   • Urządzenie oddziela płytkę z minimalną siłą zewnętrzną lub bez niej

6. Czyszczenie po zaciągnięciu zobowiązania

   • W razie potrzeby usunięcie pozostałości kleju

3Mechanizmy fizyczne i chemiczne odłączenia laserowego

W zależności od chemii kleju, długości fali lasera i parametrów impulsu, kilka mechanizmów może działać niezależnie lub jednocześnie.

3.1 Odłączenie fototermiczne

W warunkach produkcyjnych najczęściej stosowany jest mechanizm odłączenia fototermicznego.

• Klej łączący mocno pochłania energię lasera

• Lokalizowane, przejściowe ogrzewanie występuje na interfejsie

• Łańcuchy polimerowe poddawane są rozkładowi termicznemu lub węglowaniu

• Siła przyczepności gwałtownie spada

Główne cechy:

• Energia ograniczona jest do regionów w skali mikrometrów

• Długość ogrzewania jest niezwykle krótka (ns μs)

• Globalny wzrost temperatury płytek jest znikomy

3.2 Rozdzielenie wiązań fotochemicznych

Niektóre zaawansowane kleje są zaprojektowane tak, aby poddawać się bezpośrednim reakcjom fotochemicznym w określonych długościach fali lasera (często UV).

• Fotony laserowe rozbijają wiązania polymerowe

• Sieć molekularna upada.

• Klej traci integralność strukturalną

Mechanizm ten zależy mniej od podnoszenia temperatury, a bardziej od rozszczepiania wiązań chemicznych, co czyni go szczególnie odpowiednim do:

• Płytki ultracienkie

• Konstrukcje urządzeń wrażliwych na temperaturę

3.3 Ablacja powierzchniowa i uwalnianie mikrociśnienia

Przy większej gęstości energii napromieniowanie laserowe może powodować:

• Lokalna ablacja lub szybkie tworzenie się gazu

• Wytwarzanie ciśnienia w mikroskali na interfejsie

• Jednolite oddzielenie na obszarze celnym

Przy właściwym sterowaniu mechanizm ten wytwarza płaską i delikatną frontę separacyjną, a nie katastrofalną delaminację.

4Zalety odłączenia laserowego

W porównaniu z technikami odłączania cieplnego, chemicznego i mechanicznego odłączenie laserowe ma kilka decydujących zalet.

4.1 Bardzo niskie naprężenie mechaniczne

• Bez przesuwania się

• Bez łuszczenia

• Minimalna siła zewnętrzna

Dzięki temu odłączenie wiązań laserowych jest szczególnie odpowiednie dla płytek cienkszych niż 50 μm.

4.2 Minimalna strefa dotknięta ciepłem (HAZ)

• Depozycja energii jest lokalna i przejściowa

• Obciążenie cieplne płytki urządzenia jest nieistotne

• Bezpieczne dla połączeń Cu i materiałów o niskiej zawartości k

4.3 Wysoka możliwość sterowania procesem

• Długość fali lasera, energia impulsu, częstotliwość powtórzeń i schemat skanowania są programowalne

• Jednolitość na płytkach 300 mm jest osiągalna

• Doskonała powtarzalność

4.4 Czyste oddzielenie i wysoka wydajność

• Brak zanieczyszczenia rozpuszczalnikiem

• Pozostałe kleje są cienkie i kontrolowane

• Uproszczone czyszczenie po obciążeniu

5Ograniczenia i ograniczenia techniczne

Pomimo swoich zalet odłączenie laserowe nie jest powszechnie stosowane.

Główne ograniczenia obejmują:

• Wymóg dotyczący przejrzystych płytek nośnych

• Klej musi być kompatybilny z laserem

• Wyższe koszty kapitałowe i złożoność systemu

• Wymagana ścisła integracja pomiędzy parametrami lasera a chemią kleju

W rezultacie odłączenie laserowe jest zazwyczaj stosowane w aplikacjach o wysokiej wartości, wrażliwych na wydajność, a nie w procesach starszych opartych na kosztach.

6. Domeny aplikacji

Odłączenie laserowe jest powszechnie stosowane w:

• Zaawansowane opakowania logiczne

• Integracja 3D IC i TSV

• Integracja heterogeniczna

• Pamięć o dużej przepustowości (HBM)

• Sztuczna inteligencja i urządzenia obliczeniowe o wysokiej wydajności

7Trendy technologiczne i perspektywy

Ponieważ grubość płytki nadal maleje, a gęstość integracji wzrasta, odłączenie odłącza się od drugorzędnej operacji do pierwotnego czynnika determinującego wydajność.

Obecne trendy wskazują:

• Migracja z mechanicznego → termicznego → laserowego odwiązywania

• Zwiększenie współprojektowania chemii klejnotów × fizyki laserowej × materiałów nośnych

• Odłączenie laserowe staje się domyślnym rozwiązaniem dla ultracienkiej płytki

8Podsumowanie

Laser demobonding nie polega na usuwaniu kleju, ale na precyzyjnym kontrolowaniu, gdzie i w jaki sposób oddziela się.

W zaawansowanych opakowaniach prawdziwym wyzwaniem nie jest już łączenie płytek, ale ich czyste, delikatne i precyzyjne oddzielenie na przeznaczonym interfejsie.

Odłączenie laserowe stanowi jedno z najbardziej wyrafinowanych rozwiązań, łączące naukę o materiałach, optykę i inżynierię procesów w jednym, eleganckim kroku.