Магниточувствительные устройства

Существует множество магниточувствительных приборов на основе ферромагнетиков. В кремниевой технологии используются только магниторезистивный эффект и эффект Холла. Эффект Холла состоит в возникновении поперечной электродвижущей силы, если электрический ток протекает в магнитном поле. Величина ЭДС пропорциональна величине тока, подвижности носителей и магнитной индукции. Датчик Холла – это полупроводниковый резистор с промежуточными боковыми контактами. Датчик Холла легко интегрируется в структуру полевого транзистора, образуя магниточувствительный датчик с внутренним усилением.

Конструктивные элементы большинства механизмов выполнены из ферромагнитных материалов. Детали машин, попадая в поле постоянного магнита, меняют магнитную индукцию. Эти изменения регистрируются интегрированными датчиками на эффекте Холла. Датчики на эффекте Холла – это наиболее распространенные элементы в системах контроля положения деталей машин и механизмов.

Только перечисление функциональных приборов и устройств может занять несколько часов. В большинстве случаев технология их изготовления базируется на традиционных процессах полупроводниковой микроэлектроники. Технологические процессы меняются и развиваются. Однако неизменными остаются принципы групповой обработки изделий, послойного формирования структур и планарности выводов.

Процессы сборки и герметизации микросхем

Процессы планарной технологии заканчиваются с завершением групповой обработки пластин. Но остается очень большая часть производственного маршрута, связанная с операциями контроля, сборки кристаллов в корпуса и их герметизацией. Эти операции требуют индивидуальной обработки каждого изделия. Маршруты обработки изделий различаются по виду конструктивного исполнения микросхем. Есть три основных вида конструктивного исполнения:

· корпусные монолитные микросхемы;

· бескорпусные монолитные микросхемы;

· корпусные гибридные микросхемы и многокристальные модули.

Индивидуальная обработка может увеличить стоимость кристалла в несколько раз. Для простых кристаллов индивидуальная обработка вносит большую долю в стоимость конечного изделия.

Разделение пластин на кристаллы

Индивидуальная обработка начинается с разделения пластин на кристаллы. Перед разделением на кристаллы проводится последний этап групповой обработки – уменьшение толщины пластин шлифовкой обратной стороны. Эта операция проводится не всегда, а только в тех случаях, когда требуется заданная толщина кристалла. Например, при дальнейшей сборке в тонкие корпуса или использовании в составе многокристального модуля. Сборочное производство развивается медленнее, чем полупроводниковое. Толщина пластин увеличилась со 150 мкм для пластин диаметром 30 мм до 800 мкм для пластин диаметром 300 мм. Кристаллы без шлифовки перестали помещаться в корпуса, разработанные несколько лет назад. Многокристальные модули также требуют одинаковой толщины кристаллов, изготовленных по различным технологиям.

Кремниевые пластины разделяют на кристаллы в два этапа:

1. Скрайбирование разделительных дорожек;

2. Разламывание пластин на отдельные кристаллы.

Наиболее критичная операция – скрайбирование, так как она создает зону высокой дефектности вокруг линии реза. В производстве используют три основных способа скрайбирования:

1. Разрушение поверхностного слоя резцом с алмазным наконечником.

2. Испарение кремния в разделительной дорожке импульсным лазером.

3. Резка пластины диском с алмазной кромкой.

Наиболее распространен способ дисковой резки, так как он создает наименьшую дефектную зону вокруг разделительной дорожки.

Перед разламыванием пластины наклеивают на липкую ленту и накрывают эластичной пленкой. Разламывают пластины в пленке, чтобы все кристаллы сохранили свои места на пластине.

Разламывание пластин на кристаллы выполняет специальный автомат, прижимая их к выпуклой шарообразной опоре. Брак на операции разламывания очень мал.

Скрайбирование

Разделение пластин скрайбированием осуществляют в две стадии: вначале на поверхность пластины между готовыми микросхемами наносят в двух взаимно перпендикулярных направлениях неглубокие риски (англ, scribe), а затем по этим рискам разламывают ее на прямоугольные или квадратные кристаллы. При сквозном разделении пластину прорезают режущим инструментом насквозь.

Для разрезания наиболее часто применяют алмазные диски и проволоку или полотна с абразивной суспензией, а также ультразвуковой инструмент.

Алмазное скрайбирование. Эта операция состоит в создании на полупроводниковой пластине между готовыми структурами рисок или разделительных канавок механическим воздействием на нее алмазного резца, что приводит к образованию неглубоких направленных трещин. При приложении дополнительных усилий в процессе разламывания трещины распространяются на всю толщину пластины, в результате чего происходит разделение ее на отдельные кристаллы.

Рис. 17.1. Скрайбирование алмазным резцом:

а – нанесение рисок; б – пластина с рисками; в – конструкция алмазной пирамиды; 1 – режущая грань резца; 2 – дорожки для скрайбирования в слое за щитного диэлектрика; 3 – полупроводниковые микросхемы; 4 – кремниевая пластина

Основным достоинством скрайбирования наряду с высокими производительностью и культурой производства является малая ширина прорези, а следовательно, отсутствие потерь полупроводникового материала. Обычно ширина риски не превышает 10...20 мкм, а глубина 5... 10 мкм, скорость движения резца 50...75 мм/с, нагрузка на резце 1,2...1,4 Н.

Качество скрайбирования и последующей ломки в значительной степени зависят от состояния рабочей части алмазного резца. Работа резцом с изношенным режущим ребром или вершиной приводит к сколам при скрайбировании и некачественной ломке. Обычно скрайбирование выполняют резцами, изготовленными из натурального алмаза, которые по сравнению с более дешевыми резцами из синтетических алмазов имеют большую стойкость. Получили распространение резцы, имеющие режущую часть в форме трехгранной или усеченной четырехгранной пирамиды, режущими элементами которых являются ее ребра. Средняя стойкость резца (одного режущего ребра) до переточки при скрайбировании кремния составляет 80 м пути. Износ резца возрастает при скрайбировании пластин с пленкой двуокиси кремния или другого диэлектрика.

После скрайбирования происходит разламывание пластины.

Чаще всего полупроводниковые пластины ломают на ручном приспособлении (рис. 17.2). Для этого пластину 1 помешают на резиновую опору 2 и: под небольшим давлением вручную прокатывают по пластине в двух взаимноперпендикулярных направлениях резиновый или стальной валик 3.