في معالجة التغليف على مستوى الرقاقة والمعالجة الخلفية المتقدمة، تطورت عملية الربط المؤقت والفصل إلى وحدة عملية حاسمة للعائد.

نظرًا لترقيق رقائق الأجهزة إلى 30–100 ميكرومتر، وفي بعض الحالات حتى أقل من 30 ميكرومتر، تتغير السلامة الميكانيكية للسيليكون بشكل أساسي. في هذه السماكات، تتصرف الرقاقة بشكل أقل مثل الركيزة الصلبة وأكثر مثل الغشاء المرن. أي حمل حراري مفرط أو قص ميكانيكي أو إجهاد غير موحد أثناء الفصل يمكن أن يؤدي مباشرة إلى:

• تشوه الرقاقة وتقوسها

• التشقق الدقيق والكسر

• تفكك المعدن

• تلف المواد العازلة منخفضة k والوصلات النحاسية

في هذا السياق، ظهر الفصل بالليزر كأحد أكثر تقنيات الفصل تحكمًا ومنخفضة الإجهاد للتغليف المتقدم عالي الجودة.

1. المفهوم الأساسي للفصل بالليزر

السمة المميزة للفصل بالليزر هي توصيل الطاقة الانتقائي المكاني.

على عكس الفصل الحراري أو الكيميائي أو الميكانيكي—حيث يتم تطبيق الطاقة أو القوة على كومة الرقاقة بأكملها—يقصر الفصل بالليزر ترسب الطاقة على منطقة واجهة محددة مسبقًا.

يعتمد المفهوم على ثلاثة شروط أساسية:

1. رقاقة حاملة شفافة بالليزر

   • عادةً ما تكون زجاجًا أو سيليكا منصهرة أو سيراميك شفاف

2. طبقة ربط مؤقتة مستجيبة لليزر

   • لاصق ماص أو تفاعلي ضوئيًا أو متغير الطور

3. تشعيع الليزر من جانب الحامل

   • لا تتعرض رقاقة الجهاز مباشرة لحزمة الليزر

من الناحية العملية، يمر الليزر عبر الحامل، ويتفاعل فقط مع طبقة الربط أو واجهة الربط، ويبدأ الفصل دون تسخين أو إجهاد رقاقة الجهاز مباشرة.

2. تدفق عملية الفصل بالليزر النموذجية

باستخدام حامل زجاجي كمثال، فإن تدفق العملية القياسي هو كما يلي:

1. الربط المؤقت

   • رقاقة الجهاز مرتبطة بحامل شفاف باستخدام لاصق تحرير بالليزر

   • إجهاد ربط منخفض وتسطيح جيد

2. ترقيق الرقاقة

   • الطحن الخلفي و CMP

   • السماكة النهائية عادةً 20–50 ميكرومتر

3. المعالجة الخلفية

   • تشكيل TSV

   • طبقات إعادة التوزيع (RDL)

   • التمعدن الخلفي

   • التنظيف والحفر والترسيب

4. الفصل بالليزر

   • مسح الليزر من جانب الحامل

   • تترسب الطاقة في طبقة اللاصق أو الواجهة

5. فصل الرقاقة

   • تنهار قوة الالتصاق

   • تنقسم رقاقة الجهاز بأقل قدر من القوة الخارجية أو بدونها

6. التنظيف بعد الفصل

   • إزالة اللاصق المتبقي، إذا لزم الأمر

3. الآليات الفيزيائية والكيميائية للفصل بالليزر

لا يخضع الفصل بالليزر لآلية واحدة. اعتمادًا على كيمياء اللاصق وطول موجة الليزر ومعلمات النبض، قد تعمل عدة آليات بشكل مستقل أو في وقت واحد.

3.1 الفصل الحراري الضوئي

الفصل الحراري الضوئي هو الآلية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في بيئات الإنتاج.

• يمتص اللاصق الرابط بقوة طاقة الليزر

• يحدث تسخين مؤقت وموضعي عند الواجهة

• تخضع سلاسل البوليمر للتحلل الحراري أو التفحم

• تنخفض قوة الالتصاق بسرعة

الخصائص الرئيسية:

• تقتصر الطاقة على مناطق بمقياس الميكرومتر

• مدة التسخين قصيرة للغاية (نانو ثانية–ميكرو ثانية)

• ارتفاع درجة الحرارة العالمية للرقاقة ضئيل

3.2 انقسام الرابطة الكيميائية الضوئية

تم تصميم بعض المواد اللاصقة المتقدمة للخضوع لتفاعلات كيميائية ضوئية مباشرة في ظل أطوال موجات ليزر معينة (غالبًا الأشعة فوق البنفسجية).

• تقوم فوتونات الليزر بكسر روابط العمود الفقري للبوليمر

• تنهار الشبكة الجزيئية

• يفقد اللاصق سلامته الهيكلية

تعتمد هذه الآلية بشكل أقل على زيادة درجة الحرارة وأكثر على انقسام الرابطة الكيميائية، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لـ:

• رقائق فائقة الرقة

• هياكل الجهاز الحساسة لدرجة الحرارة

3.3 الاجتثاث البيني وتحرير الضغط الجزئي

عند كثافات طاقة أعلى، قد يؤدي تشعيع الليزر إلى:

• الاجتثاث الموضعي أو تكوين الغاز السريع

• توليد ضغط بمقياس ميكروي عند الواجهة

• فصل موحد عبر المنطقة المترابطة

عند التحكم فيه بشكل صحيح، تنتج هذه الآلية جبهة فصل مستوية ولطيفة، بدلاً من الترقق الكارثي.

4. مزايا الفصل بالليزر

بالمقارنة مع تقنيات الفصل الحراري والكيميائي والميكانيكي، يوفر الفصل بالليزر العديد من المزايا الحاسمة.

4.1 إجهاد ميكانيكي منخفض للغاية

• لا انزلاق

• لا تقشير

• أقل قوة خارجية

هذا يجعل الفصل بالليزر مناسبًا بشكل خاص للرقائق التي يقل سمكها عن 50 ميكرومتر.

4.2 الحد الأدنى من المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ)

• ترسب الطاقة موضعي ومؤقت

• رقاقة الجهاز لا تشهد أي حمل حراري يذكر

• آمن للوصلات النحاسية والمواد منخفضة k

4.3 تحكم عالي في العملية

• طول موجة الليزر وطاقة النبض ومعدل التكرار ونمط المسح قابلة للبرمجة

• يمكن تحقيق التوحيد عبر رقائق 300 مم

• إمكانية تكرار ممتازة

4.4 فصل نظيف وعائد مرتفع

• لا يوجد تلوث بالمذيبات

• اللاصق المتبقي رقيق ويمكن التحكم فيه

• تنظيف مبسط بعد الفصل

5. القيود الهندسية والقيود

على الرغم من مزاياه، فإن الفصل بالليزر غير قابل للتطبيق عالميًا.

تشمل القيود الرئيسية:

• متطلبات رقائق حاملة شفافة

• يجب أن تكون المواد اللاصقة متوافقة مع الليزر

• ارتفاع تكلفة رأس المال وتعقيد النظام

• مطلوب تكامل وثيق بين معلمات الليزر وكيمياء اللاصق

نتيجة لذلك، يتم نشر الفصل بالليزر عادةً في التطبيقات عالية القيمة والحساسة للعائد بدلاً من العمليات القديمة المدفوعة بالتكلفة.

6. مجالات التطبيق

يستخدم الفصل بالليزر بشكل شائع في:

• تغليف المنطق المتقدم

• تكامل 3D IC و TSV

• التكامل غير المتجانس

• ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM)

• أجهزة الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء

7. اتجاهات التكنولوجيا والتوقعات

مع استمرار انخفاض سمك الرقاقة وزيادة كثافة التكامل، ينتقل الفصل من عملية ثانوية إلى محدد عائد أساسي.

تشير الاتجاهات الحالية إلى:

• الانتقال من الفصل الميكانيكي ← الحراري ← الليزري

• زيادة التصميم المشترك لكيمياء اللاصق × فيزياء الليزر × مواد الحامل

• أصبح الفصل بالليزر هو الحل الافتراضي للرقائق فائقة الرقة

8. الملخص

لا يتعلق الفصل بالليزر بإزالة اللاصق—بل يتعلق بالتحكم الدقيق في مكان وكيفية حدوث الفصل.

في التغليف المتقدم، لم تعد التحدي الحقيقي هو ربط الرقائق معًا، بل فصلها بشكل نظيف ولطيف ودقيق عند الواجهة المقصودة.

يمثل الفصل بالليزر أحد أكثر الحلول تطوراً لهذا التحدي، حيث يجمع بين علوم المواد والبصريات وهندسة العمليات في خطوة واحدة أنيقة.