在半导体技术飞速发展的今天,“更薄、更小”已成为行业的核心趋势。从智能手机到人工智能芯片,高密度、高性能的集成电路需求不断攀升,而器件的薄型化与小型化正是实现这一目标的关键。本文将深入解析半导体器件为何需要持续缩小尺寸,以及背后的技术挑战与创新解决方案。

1.薄型小型化器件的背景情况
随着封装需求的增加,更薄的晶圆对于先进封装工艺而言是必不可少的。
随着物联网、5G通信、高性能计算等领域的爆发式增长,芯片需要处理的任务越来越复杂。传统芯片的尺寸和厚度已无法满足高密度电路布局的需求。更薄的器件不仅能提升信号传输效率、降低功耗,还能在单位面积内集成更多晶体管,从而实现更强的算力。
图源:Adwill展会宣传图

举个直观的例子:如果把芯片比作一栋建筑,缩小尺寸并优化结构后,可以在同样面积的土地上建更多房间(晶体管),且房间之间的通行(电流传输)更快、更节能。

晶体管图摄于新凯来展台

2.晶圆 T.T.V. 关联信息(整体厚度差异)
晶圆的整体厚度差异(Total Thickness Variation, T.T.V.)直接影响芯片良率。想象一下,如果一张纸厚薄不均,印刷时必然出现模糊或断裂。同样,晶圆厚度差异过大会导致光刻、蚀刻等后续工艺的失败。对于超薄晶圆,T.T.V. 的控制精度甚至需达到微米级,这对制造设备提出了极高要求。
图源:Adwill展会宣传图
3.研磨过程中可能会出现的问题
在晶圆减薄(BG工艺)过程中,表面失效、边缘碎裂等问题频发,这会导致良率降低和成本上升。尤其是当晶圆厚度降至100微米以下时,研磨压力稍有不均就可能导致整片晶圆报废。
4.DBG工艺
图源:Adwill
DBG(Dicing Before Grinding,先切割后研磨)是将电路面半切割之后通过背面研磨工艺同时进行晶圆减薄和芯片分离的一种芯片制造工艺,是当前薄型晶圆加工的核心技术,其优势显著:
1)减少晶圆破裂风险
传统工艺先研磨后切割,薄晶圆易碎裂;DBG通过先切割出芯片轮廓,再研磨至目标厚度,大幅减少应力集中。
2)最小化翘曲风险
薄晶圆在加工中容易像薯片一样翘曲变形,DBG通过优化工艺流程,将变形风险降至最低。
3)杜绝崩边
减少边缘损伤,确保芯片结构的完整性,提升良率。
5.晶圆边缘填充

晶圆边缘是研磨过程中的脆弱区域,填充特殊材料后,不仅能防止碎裂,还能增强整体结构强度。这类似于给玻璃杯边缘包覆防撞条,避免意外磕碰。

6.抗静电

随着电路密度提升,芯片对静电放电(ESD)的敏感度呈指数级上升。一次微小的静电释放就可能导致内部电路永久损坏。尤其在超薄芯片中,静电防护需贯穿设计、制造、封装全流程,例如使用防静电材料、优化接地设计等。

结语:薄型化是通往未来的钥匙

从DBG工艺到边缘修整技术,从抗静电设计到材料创新,半导体行业的每一次突破都在为“更薄、更小”铺路。这不仅关乎性能的提升,更是打开智能穿戴、柔性电子、量子计算等新领域大门的核心钥匙。未来,随着工艺的持续精进,我们或将见证“芯片隐形于无形”的时代——而这一切,正始于今日的每一纳米进步。

(本文基于Adwill展会宣传图及行业公开资料整理,部分工艺细节可能因技术迭代有所更新。)

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作者 808, ab