في صناعة أشباه الموصلات، يعتبر سمك الرقاقة مواصفة بالغة الأهمية تؤثر بشكل مباشر على القوة الميكانيكية والأداء الحراري ودقة تصنيع الجهاز. تعد رقاقة السيليكون مقاس 6 بوصات، والمعروفة أيضًا باسم رقاقة 150 مم، واحدة من أكثر الركائز استخدامًا في تصنيع الدوائر المتكاملة (IC) والآلات الكهروميكانيكية الصغيرة. يساعد فهم سمكها المتوسط والمعلمات ذات الصلة المهندسين على تحسين عمليات الإنتاج وضمان جودة الجهاز بشكل ثابت.

الحجم والهيكل القياسي

رقاقة السيليكون هي شريحة دائرية رقيقة مقطوعة من سبيكة بلورية واحدة من السيليكون النقي للغاية. يحدد قطر الرقاقة جيلها، ويتراوح من 2 بوصة إلى 12 بوصة أو أكبر في خطوط التصنيع المتقدمة. تمثل الرقاقة التي يبلغ قطرها 6 بوصات (150 مم) مرحلة متوازنة بين القوة الميكانيكية والكفاءة من حيث التكلفة والتوافق مع خطوط الإنتاج متوسطة الحجم.

يبلغ متوسط سمك رقاقة السيليكون مقاس 6 بوصات عادةً حوالي 675 ميكرومتر (ميكرومتر)، أو 0.675 مليمتر (مم)ومع ذلك، يمكن أن تختلف هذه القيمة قليلاً اعتمادًا على نوع الرقاقة، واتجاه البلورة، ومتطلبات المعالجة. فيما يلي نظرة عامة على أقطار الرقاقة وسمكها القياسي المقابل.

العلاقة بين القطر والسمك ليست خطية. مع زيادة قطر الرقاقة، ينمو السمك بمعدل أبطأ. وهذا يضمن أن الرقاقة تحافظ على الصلابة الميكانيكية دون وزن زائد، مما قد يؤثر على دقة المناولة والمعالجة.

العوامل المؤثرة على سمك الرقاقة

على الرغم من أن 675 ميكرومتر هو السُمك الاسمي المعترف به، إلا أن هناك اختلافات اعتمادًا على التطبيق المحدد ومواصفات الرقاقة. تحدد العديد من العوامل السُمك النهائي أثناء التصنيع.

1. اتجاه البلورة

يتم زراعة رقائق السيليكون عادة في اتجاهات (100)، (111)، أو (110). كل اتجاه له خصائص ميكانيكية وكيميائية مختلفة.

• تميل الرقائق ذات الاتجاه (111) إلى أن تكون أكثر سمكًا قليلاً لمنع الانحناء أثناء الانتشار أو التكاثر في درجات الحرارة العالية.

• (100) رقاقة، الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في إنتاج CMOS وMEMS، تحافظ عادةً على سمك قياسي يبلغ 675 ميكرومتر.

2. نوع الرقاقة والتشويب

يؤثر تركيز المنشطات ونوع الموصلية (النوع n أو النوع p) بشكل طفيف على القوة الميكانيكية. يمكن أن تصبح الرقائق المنشطات بشكل كبير أكثر هشاشة، مما يتطلب التعامل بعناية وأحيانًا زيادة السُمك بشكل طفيف لتقليل خطر الكسر أثناء المعالجة.

3. عمليات التلميع والتسوية

بعد تقطيع الرقاقة من سبيكة الكريستال، تخضع لمراحل متعددة من الطحن والتلميع والحفر والتلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP). تعمل هذه الخطوات على إزالة الضرر السطحي وتحقيق تسطيح دقيق ولكنها تقلل أيضًا من السُمك الكلي بمقدار 10-20 ميكرومتر. تحقق أنظمة CMP المتقدمة تباينًا إجماليًا في السُمك (TTV) أقل من ±5 ميكرومتر، مما يضمن التوحيد عبر سطح الرقاقة.

4. متطلبات التقديم

قد تتطلب بعض التطبيقات عالية الضغط، مثل أجهزة أشباه الموصلات للطاقة أو الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، سماكات رقاقة غير قياسية.

• رقائق أكثر سمكًا (700-800 ميكرومتر) تعزيز الصلابة الميكانيكية للحفر العميق وربط الرقاقة.

• رقائق أرق (400-600 ميكرومتر) يتم تفضيلها في التطبيقات التي تتطلب مقاومة حرارية منخفضة أو تغليف على مستوى الرقاقة.

معايير القياس والتسامح

يعد القياس الدقيق لسمك الرقاقة أمرًا ضروريًا لعمليات المحاذاة والتصوير الضوئي. تستخدم أدوات القياس الحديثة طرقًا غير تلامسية مثل قياس التداخل بالليزر أو أجهزة استشعار السعة لقياس التباين الكلي في السمك (TTV) وتسطيح الموقع والانحناء / الالتواء.

وفقًا للمعايير الدولية لشبه الموصلات والمعدات والمواد، فإن التسامح في سمك الرقاقة الذي يبلغ 6 بوصات يكون عادةً:

• السمك الاسمي: 675 ميكرومتر

• نطاق التسامح: ±25 ميكرومتر

• ttv (التباين الكلي في السُمك): ≤10 ميكرومتر

• القوس/الالتواء: ≤40 ميكرومتر

إن الحفاظ على هذه المعلمات يضمن أن الرقائق تتلاءم بشكل آمن مع المعالجات الروبوتية، والمحاذاة، وأنظمة الطباعة الحجرية المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات.

دور السُمك في تصنيع الأجهزة

يؤثر سمك الرقاقة بشكل مباشر على مراحل متعددة من تصنيع الرقاقة:

1. الاستقرار الميكانيكي - تقاوم الرقائق الأكثر سمكًا التشوه تحت تأثير الدوران عالي السرعة والتفريغ أثناء الطباعة الضوئية والترسيب.

2. الموصلية الحرارية - تنخفض الموصلية الحرارية للسيليكون قليلاً مع الشوائب وتغير السُمك. يضمن السُمك الثابت للرقاقة تبديدًا موحدًا للحرارة أثناء الأكسدة والتلدين.

3. التقطيع والتغليف – تعمل الرقائق الرقيقة على تقليل ارتفاع القالب ويسهل دمجها في الوحدات الإلكترونية المدمجة، على الرغم من أنها تتطلب طرق تقطيع متقدمة مثل القطع بالليزر أو النقش البلازمي لمنع التشقق.

4. تحسين العائد – يقلل السُمك الموحد لجميع الرقائق من اختلاف التركيز البصري أثناء الطباعة الحجرية، مما يحسن التحكم في عرض الخط وإنتاجية الجهاز.

التطورات الحديثة في ترقيق الرقاقات

أدت الاتجاهات الحديثة في التغليف ثلاثي الأبعاد والإلكترونيات المرنة والتكامل عالي الكثافة إلى زيادة الطلب على الرقائق فائقة الرقة. يمكن لتقنيات التخفيف المتقدمة، مثل الطحن الخلفي جنبًا إلى جنب مع التسوية الميكانيكية الكيميائية، أن تقلل من سمك الرقاقة التي يبلغ طولها 6 بوصات إلى أقل من 200 ميكرومتر مع الحفاظ على القوة الميكانيكية من خلال عمليات الترابط المؤقتة. تُستخدم هذه الرقائق فائقة الرقة عادةً في أجهزة الاستشعار ووحدات الذاكرة والمعالجات المحمولة.

كما يقوم المصنعون أيضًا بتطوير تقنيات تخفيف الشعر بدون إجهاد باستخدام الحفر بمساعدة البلازما أو طرق الرفع بمساعدة الليزر لإزالة الشقوق الدقيقة وتحسين مقاومة الانحناء. وتدعم مثل هذه الابتكارات تصغير الأجهزة دون التضحية بالموثوقية.

التطبيقات الصناعية والموردين

تظل رقائق السيليكون مقاس 6 بوصات ركيزة أساسية في الصناعات مثل أجهزة استشعار MEMS وأجهزة الطاقة والدوائر المتكاملة التناظرية والمكونات البصرية. فهي توفر توازناً مثالياً بين قابلية التوسع في الإنتاج والتحكم في التكاليف. في حين تهيمن الرقائق مقاس 8 بوصات و12 بوصة على تصنيع المنطق والذاكرة الراقية، يظل الشكل مقاس 6 بوصات ضروريًا للتطبيقات المتخصصة والبحثية.

للمصنعين الذين يبحثون عن رقائق عالية الجودة مع التحكم الدقيق في الأبعاد والحد الأدنى من عيوب السطح، البلوتونيوم تقدم حلولاً موثوقة. تتخصص الشركة في إنتاج رقاقة السيليكون، والمعالجة المخصصة، وتصنيع الرقاقة الفوقية، مما يضمن الالتزام الصارم بالمعايير شبه القياسية. مع تسطيح ثابت وتوحيد السُمك، تعد رقائق البلوتونيوم مقاس 6 بوصات مثالية لتطبيقات أشباه الموصلات المتقدمة والميكانيكيات الصغرية الدقيقة.

خاتمة

متوسط سمك رقاقة سيليكون مقاس 6 بوصات تقريبا 675 ميكرومترعلى الرغم من أن الاختلافات قد تحدث بناءً على اتجاه البلورة وطرق التلميع ومتطلبات الجهاز، فإن الحفاظ على التحكم الصارم في تحمل السُمك والتسطيح أمر حيوي لتحقيق إنتاجية عالية وأداء مستقر للجهاز. مع استمرار تطور تقنيات أشباه الموصلات، فإن هندسة الرقاقات الدقيقة - بدعم من الشركات المصنعة مثل البلوتونيوم - يظل الأساس لتصنيع الإلكترونيات الدقيقة الحديثة.