Nell'imballaggio avanzato a livello di wafer e nella lavorazione di backside, il legame temporaneo e il debonding si sono evoluti da un passaggio di supporto in un modulo di processo critico per il rendimento.

Quando i wafer dei dispositivi vengono sottilizzati a 30 ‰ 100 μm, e in alcuni casi anche al di sotto di 30 μm, l'integrità meccanica del silicio viene fondamentalmente alterata.il wafer si comporta meno come un substrato rigido e più come una membrana flessibileQualsiasi sovraccarico termico eccessivo, taglio meccanico o sollecitazione non uniforme durante lo scarico può portare direttamente a:

• Fabbricazione a base di fibre sintetiche

• Micro-cracking e frattura

• Delaminazione dei metalli

• Danni ai dielettrici a basso k e alle interconnessioni Cu

In questo contesto, il debonding laser è emerso come una delle tecniche di separazione più controllate e a basso stress per imballaggi avanzati di fascia alta.

1- Concetto fondamentale del laser debonding

La caratteristica distintiva del debonding laser è la consegna di energia spazialmente selettiva.

A differenza del debonding termico, chimico o meccanico, in cui l'energia o la forza viene applicata all'intera pila di wafer, il debonding laser limita il deposito di energia a una regione di interfaccia predefinita.

Il concetto si basa su tre condizioni essenziali:

1. una lamina portante trasparente al laser

   • Tipicamente vetro, silice fuso o ceramica trasparente

2. Strato di legame temporaneo sensibile al laser

   • adesivi ad assorbimento, fotoreattivi o a cambiamento di fase

3. Irradiazione laser dal lato portante

   • Il dispositivo wafer non è mai direttamente esposto al raggio laser

In termini pratici, il laser passa attraverso il vettore, interagisce solo con lo strato di legame o l'interfaccia di legame e inizia la separazione senza riscaldare o sollecitare direttamente il wafer del dispositivo.

2. Flusso tipico del processo di delegazione laser

Utilizzando un supporto in vetro come esempio, un flusso di processo standard è il seguente:

1. Collegamento temporaneo

   • Dispositivo adesivo ad un supporto trasparente con un adesivo a rilascio laser

   • Basso stress di legame e buona planarità

2. Sottilizzazione dei wafer

   • Ristrutturazione e CMP

   • Spessore finale di solito 20 ‰ 50 μm

3. Trasformazione di fondo

   • Formazione di TSV

   • Strati di ridistribuzione (RDL)

   • Metalizzazione posteriore

   • Pulizia, incisione e deposizione

4. Disconnessione laser

   • Scansioni laser dal lato portante

   • L'energia viene depositata nello strato adesivo o nell'interfaccia

5. Separazione dei wafer

   • La forza di adesione crolla

   • Dispositivo di separazione del wafer con forza minima o nessuna forza esterna

6. Pulizia post-debito

   • Rimozione dell'adesivo residuo, se necessario

3- Meccanismi fisici e chimici di deligazione laser

A seconda della chimica dell'adesivo, della lunghezza d'onda del laser e dei parametri dell'impulso, diversi meccanismi possono agire in modo indipendente o simultaneo.

3.1 Disligazione fototermica

Il disimpegno fototermico è il meccanismo più ampiamente adottato negli ambienti di produzione.

• L'adesivo adesivo assorbe fortemente l'energia del laser

• Un riscaldamento transitorio localizzato si verifica all'interfaccia

• Le catene polimeriche subiscono decomposizione termica o carbonizzazione

• La forza di adesione diminuisce rapidamente

Caratteristiche principali:

• L'energia è limitata a regioni su scala micrometrica

• La durata di riscaldamento è estremamente breve (ns μs)

• L'aumento della temperatura globale dei wafer è trascurabile

3.2 Sezione di legame fotochimico

Alcuni adesivi avanzati sono progettati per subire reazioni fotochimiche dirette sotto specifiche lunghezze d'onda laser (spesso UV).

• I fotoni laser rompono i legami della spina dorsale del polimero

• Collasso della rete molecolare

• L'adesivo perde l'integrità strutturale

Questo meccanismo si basa meno sull'aumento della temperatura e più sulla scissione dei legami chimici, rendendolo particolarmente adatto a:

• Wafer ultra sottili

• Strutture dei dispositivi sensibili alla temperatura

3.3 Ablazione interfacciale e rilascio di micropressione

A densità energetiche più elevate, l'irraggiamento laser può indurre:

• Ablazione localizzata o rapida formazione di gas

• Generazione di pressione su micro-scala all'interfaccia

• Separazione uniforme in tutta la zona doganale

Quando è controllato correttamente, questo meccanismo produce un fronte di separazione piano e delicato, piuttosto che una delaminazione catastrofica.

4- Vantaggi del laser de-binding

Rispetto alle tecniche di decollaggio termico, chimico e meccanico, il decollaggio laser offre diversi vantaggi decisivi.

4.1 Tensione meccanica ultra-bassa

• Non scivolare

• Niente buccia.

• Forza esterna minima

Ciò rende il debonding laser particolarmente adatto per wafer più sottili di 50 μm.

4.2 Zona minima colpita dal calore (HAZ)

• La deposizione di energia è localizzata e transitoria

• Il wafer del dispositivo subisce un carico termico trascurabile

• Sicuri per le interconnessioni di Cu e i materiali a basso tenore di calcio

4.3 Alta controllabilità dei processi

• La lunghezza d'onda del laser, l'energia dell'impulso, la frequenza di ripetizione e il modello di scansione sono programmabili

• L'uniformità tra i wafer di 300 mm è raggiungibile

• Ottima ripetibilità

4.4 Separazione pulita e alto rendimento

• Nessuna contaminazione da solventi

• L'adesivo residuo è sottile e controllabile

• Pulizia post-debito semplificata

5- Limiti e vincoli di ingegneria

Nonostante i suoi vantaggi, il debonding laser non è universalmente applicabile.

Le principali limitazioni sono:

• Requisito relativo alle wafer portanti trasparenti

• Gli adesivi devono essere compatibili con il laser

• Costo di capitale più elevato e complessità del sistema

• È necessaria una stretta integrazione tra i parametri del laser e la chimica dell'adesivo

Di conseguenza, il debonding laser è tipicamente utilizzato in applicazioni ad alto valore e sensibili al rendimento piuttosto che nei processi legacy basati sui costi.

6. Domeni di applicazione

Il laser debonding è comunemente utilizzato in:

• Imballaggio logico avanzato

• Integrazione di circuiti integrati 3D e TSV

• Integrazione eterogenea

• Memoria ad alta larghezza di banda (HBM)

• IA e dispositivi di calcolo ad alte prestazioni

7. Tendenze e prospettive tecnologiche

Poiché lo spessore dei wafer continua a diminuire e la densità di integrazione aumenta, il debonding sta passando da un'operazione secondaria a un determinante primario del rendimento.

Le tendenze attuali indicano:

• Migrazione dal disconnessione meccanica → termica → laser

• Aumento della co-progettazione della chimica degli adesivi × fisica del laser × materiali portatori

• Il laser debonding diventa la soluzione predefinita per i wafer ultra-sottili

8. Riassunto

Il disimpegno laser non consiste nel rimuovere l'adesivo, ma nel controllare con precisione dove e come avviene la separazione.

Nell'imballaggio avanzato, la vera sfida non è più quella di attaccare insieme i wafer, ma di separarli in modo pulito, delicato ed esatto all'interfaccia prevista.

Il laser debonding rappresenta una delle soluzioni più raffinate a questa sfida, combinando la scienza dei materiali, l'ottica e l'ingegneria dei processi in un unico, elegante passo.