في مجالات أشباه الموصلات والتغليف المتقدم، يلعب اختيار مادة الركيزة دورًا حاسمًا في أداء الجهاز وتكامل العملية وهيكل التكلفة. النوعان الرئيسيان من الركيزة هما رقائق الزجاج ورقائق السيليكون. في هذه المقالة، نستكشف الفروق الرئيسية بين النوعين، وتغطي خصائص المواد واعتبارات التصنيع وسيناريوهات التطبيق وكيفية اختيار الركيزة المناسبة للاحتياجات المحددة.

1. المادة والبنية

رقائق السيليكون

رقائق السيليكون هي شرائح من السيليكون أحادي البلورة، عادة ما يتم صقلها ومعالجتها إلى درجة أشباه الموصلات. وهي بمثابة الركيزة الأساسية للدوائر المتكاملة وأجهزة MEMS ومجموعة واسعة من مكونات أشباه الموصلات. يسمح الهيكل البلوري بتوحيد عالي وسلوك كهربائي متسق وأداء حراري يمكن التنبؤ به.

رقائق زجاجية

رقائق الزجاج هي أقراص رقيقة مصنعة بدقة من مواد مثل السيليكا المندمجة أو زجاج البورسليكات أو الكوارتز. تعمل هذه الرقائق غالبًا كركائز حاملة أو ركائز قابلة للتبديل في التعبئة والتغليف المتقدم أو التكامل غير المتجانس. رقائق الزجاج غير بلورية (غير متبلورة) في الطبيعة وتوفر خصائص عازلة وبصرية لا توجد في السيليكون. الخصائص الرئيسية مثل الانحناء المنخفض للغاية والتسطيح الممتاز والقوة العازلة العالية والشفافية تجعلها مناسبة لاستخدامات محددة.

2. اعتبارات التصنيع والمعالجة

معالجة رقاقة السيليكون

إن معالجة رقائق السيليكون راسخة بعمق: خطوط التصنيع والمعدات وأنظمة المعالجة الحرارية (RTP وCVD والحفر وزرع الأيونات) كلها مُحسّنة للسيليكون. تدعم الموصلية الحرارية والمتانة الميكانيكية للسيليكون العمليات ذات درجات الحرارة العالية (على سبيل المثال، الارتفاع السريع في درجة الحرارة إلى مئات الدرجات المئوية / ثانية) دون تشوه أو تلف مفرط. بالإضافة إلى ذلك، فإن أحجام الرقاقة القياسية (150 مم، 200 مم، 300 مم، 450 مم) والسمك موحدة جيدًا.

معالجة رقائق الزجاج

تتطلب رقائق الزجاج معالجة خاصة. نظرًا لأن ركائز الزجاج أكثر هشاشة وقد لا تتمتع بنفس الموصلية الحرارية أو المتانة الميكانيكية مثل السيليكون، فقد لا تكون خطوط تصنيع السيليكون التقليدية متوافقة. على سبيل المثال، قد لا تتحمل رقائق الزجاج منحدرات المعالجة الحرارية السريعة بسبب خطر الكسر أو توليد الجسيمات. على الجانب الإيجابي، يمكن أن توفر رقائق الزجاج أسطحًا فائقة التسطح وانحناء أقل، مما يتيح دقة طباعة حجرية وتغليف أكثر إحكامًا.

اعتبارات التصنيع الرئيسية:

• التعامل مع هشاشة وخطر الكسر للركائز الزجاجية الرقيقة

• مطابقة معامل التمدد الحراري بين الزجاج والمواد الملتصقة لتقليل الإجهاد وفقدان الخضوع

• التوافق مع خطوات العملية: تعمل العديد من رقائق الزجاج كحاملات أو ركائز وسيطة بدلاً من ركائز الأجهزة السيليكونية المباشرة

• متطلبات تلميع السطح، والتسطيح (ttv/warp)، وتشطيب الشق/الحافة في تصنيع الزجاج.

3. مزايا الأداء والقيود

مزايا رقائق السيليكون

• أداء مثبت لتصنيع الأجهزة النشطة: أداء حراري ممتاز، وسلوك معروف للتشويب وعيب البلورة

• توافقية عالية مع البنية التحتية لتصنيع أشباه الموصلات السائدة

• سلسلة توريد راسخة وأساس تكلفة للإنتاج بكميات كبيرة

مزايا رقائق الزجاج

• عزل كهربائي عالي وقوة انهيار عازلة: يمكن لمواد رقاقة الزجاج أن تتحمل المجالات الكهربائية المطبقة بما يتجاوز 1000 فولت / مم، مما يجعلها ممتازة لتطبيقات العزل ذات الجهد العالي أو الترددات الراديوية.

• تسطيح فائق وتحكم في الانحناء: مثالي للطباعة الحجرية المتقدمة والتوصيلات الدقيقة في التعبئة والتغليف والتكامل 2.5d/3d.

• الشفافية البصرية: مفيدة عندما تكون هناك حاجة إلى محاذاة بصرية أو عمليات ليزر من خلال الركيزة.

• مزايا التكلفة المحتملة للركائز الكبيرة أو الرقيقة، وخاصة عندما تكون قيود أداء الجهاز النشط أقل.

القيود والمقايضات

• قد تكون رقائق الزجاج ذات موصلية حرارية أقل وتبديد حرارة أبطأ مقارنة بالسيليكون؛ وهذا يمكن أن يحد من المعالجة عالية الحرارة أو الأجهزة عالية الطاقة.

• قد يتطلب دمج رقائق الزجاج في مصانع أجهزة السيليكون الحالية تكييف المعدات أو تدفقات العمليات المنفصلة.

• يظل السيليكون هو الركيزة المهيمنة في تصنيع الأجهزة النشطة؛ حيث يتم بناء العديد من العمليات والمجموعات الأدواتية القديمة حول خصائص السيليكون.

• قد تواجه عملية تصنيع رقائق الزجاج تحديات في الإنتاجية والمعالجة بسبب هشاشتها، وخاصة عند استخدامها للأقطار الكبيرة أو الركائز الرقيقة.

4. سيناريوهات التطبيق وحالات الاستخدام

عندما يتم تفضيل رقائق السيليكون

• تصنيع رقائق أشباه الموصلات المنطقية والذاكرة والتناظرية والطاقة حيث تكون هناك حاجة إلى التنشيط النشط للجهاز والتحكم في المقاومة العالية وتدفق العملية الناضج

• العمليات ذات درجات الحرارة العالية والهندسة المعمارية المتقدمة للأجهزة باستخدام التكاثر، وزرع الأيونات، ومكدسات البوابة المعدنية عالية الكفاءة

• بيئات الإنتاج القياسية مع مجموعات الأدوات الموجودة وعمليات الإنتاج الكبيرة

عندما يتم تفضيل رقائق الزجاج

• رقائق الناقل أو ركائز الوسيط في التغليف المتقدم (على سبيل المثال، التغليف على مستوى رقاقة المروحة، التكامل 2.5d/3d) حيث تكون التسطيح العالي والتشوه المنخفض والشفافية البصرية مفيدة

• تطبيقات الترددات الراديوية أو الميكروويف أو الترددات العالية حيث تكون الخسارة العازلة المنخفضة والعزل الممتاز أمرًا بالغ الأهمية

• أجهزة الذاكرة أو أجهزة الاستشعار حيث تكون هناك حاجة إلى ركيزة شفافة أو قدرات الليزر

• أي سيناريو حيث تكون هناك حاجة إلى ركيزة رقيقة للغاية أو محاذاة عالية الدقة أو حاملة ذات مساحة كبيرة فعالة من حيث التكلفة وتكون قيود الجهاز النشط أخف

5. إرشادات الاختيار

عند تقييم ما إذا كان يجب تحديد رقاقة زجاجية أو رقاقة سيليكون، ضع في اعتبارك المعايير التالية:

• وظائف الجهاز:إذا كان من الضروري أن تدعم الركيزة تصنيع أجهزة أشباه الموصلات النشطة (التنشيط، وتشكيل الترانزستور، ودورات درجات الحرارة العالية)، فمن المرجح جدًا أن تكون رقاقة السيليكون هي الاختيار الصحيح.

• الميزانية الحرارية:إذا كانت العملية تتضمن دورة حرارية سريعة أو خطوات ذات درجة حرارة عالية أو تبديد عالي للحرارة، فإن رقاقة السيليكون تميل إلى توفير تطابق متفوق.

• المتطلبات الميكانيكية/المسطحة:إذا كانت هناك حاجة إلى تسطيح فائق، وانحناء بسيط، وطباعة دقيقة أو شفافية بصرية، فقد توفر رقاقة الزجاج مزايا واضحة.

• المتطلبات الكهربائية/العزلية:بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب انهيارًا كهربائيًا عاليًا أو عزلًا أو أداء تردد لاسلكي، غالبًا ما تكون رقاقة الزجاج مفيدة.

• التكلفة وتوافق الأدوات: فكر فيما إذا كانت العملية والأدوات مصممة للسيليكون؛ إذا كانت هناك حاجة إلى تعديلات كبيرة أو خطوط منفصلة، فقد تزيد التكلفة. قد تقلل رقائق الزجاج التكلفة في أدوار التعبئة والتغليف أو الناقل المحددة ولكنها قد تضيف تعقيدًا في أدوار تصنيع الأجهزة.

• سلسلة التوريد وقدرة البائعين:اختر موردًا قادرًا على توفير المواصفات المطلوبة (القطر، السُمك، التلميع، TTV، التسطيح، مطابقة CTE). على سبيل المثال، شركات مثل شركة بلوتوسيمي المحدودة توفير رقائق الزجاج عالية الدقة ورقائق السيليكون مع خدمات مخصصة لتطبيقات التعبئة والتغليف المتقدمة وأشباه الموصلات. وتشمل قدراتهم إنتاج ركائز فائقة الرقة ومسطحة للغاية وخدمات المعالجة الكاملة.

6. الملخص

باختصار، تلعب رقائق الزجاج ورقائق السيليكون أدوارًا متميزة ومتكاملة في النظام البيئي لأشباه الموصلات والتغليف. تظل رقائق السيليكون العمود الفقري لتصنيع الأجهزة النشطة بفضل خصائصها المادية المفهومة جيدًا والبنية التحتية الناضجة. على النقيض من ذلك، توفر رقائق الزجاج مزايا فريدة في التسطيح والعزل والشفافية البصرية وتطبيقات التعبئة والتغليف المتقدمة. يتطلب اختيار الركيزة المناسبة مطابقة نقاط قوة المادة لمتطلبات العملية وهندسة الجهاز.

بالنسبة للمصنعين والمصممين الذين يقومون بتقييم خيارات الركيزة، من الضروري موازنة توافق العملية، والمتطلبات الحرارية والكهربائية، والتسامحات الميكانيكية، والعواقب المتعلقة بالتكلفة. إن المورد الموثوق به القادر على توفير كلا النوعين من المواد بدقة عالية سيعزز بشكل أكبر القدرة على اختيار الركيزة المثالية لتطبيقك.