DISCO-Dicing bezeichnet ein hochpräzises Fertigungsverfahren zum Schneiden beziehungsweise „Dicing“ starrer Materialien wie Siliziumwafer, Glas, Keramik und optischer Substrate mit speziellen Präzisionsbearbeitungsanlagen der DISCO Corporation. Als entscheidender Schritt in der Mikrofertigung trennt dieses Verfahren ein einzelnes großes Substrat in einzelne Dies oder Bauteile. Dieser Vorgang wird fachsprachlich als Vereinzelung bezeichnet.
Kerntechnologien und Methoden
Die DISCO Corporation bietet verschiedene, auf die Empfindlichkeit, Dicke und Materialeigenschaften des Substrats abgestimmte Verfahren zum Vereinzeln an.
Mechanisches Trennen mit Sägeblatt
Das gängigste Verfahren verwendet ein schnell rotierendes abrasives Sägeblatt.
- Die Trennscheibe: Die Dicing-Trennscheibe ist extrem dünn (ihre Dicke liegt häufig zwischen 0.01 mm und 0.5 mm) und ist üblicherweise mit synthetischen Diamantkörnern besetzt.
- Der Prozess: Das Sägeblatt rotiert mit extrem hoher Drehzahl, häufig zwischen 30,000 und 60,000 RPM, und schleift dabei eine präzise Nut oder durchtrennt das Substrat vollständig.
- Kühlung und Reinigung: Deionisiertes Wasser (DI-Wasser) wird kontinuierlich auf den Schneidbereich gesprüht, um das Sägeblatt zu kühlen, die thermische Belastung des Materials zu verringern und mikroskopisch kleine Rückstände wegzuspülen, die andernfalls empfindliche Oberflächen verunreinigen könnten.
Laser-Dicing
Bei Materialien, die für mechanische Schneiden zu spröde sind oder eine Schnittfugenbreite von null erfordern, also keinen durch die Schneidendicke verursachten Materialverlust zulassen, wird das Laser-Dicing eingesetzt.
- Stealth Dicing (SD): Ein spezieller fokussierter Laserstrahl wird in das Innere des Substrats gerichtet, um dort eine lokale „modifizierte Schicht“ zu erzeugen, ohne die Ober- oder Unterseite zu beschädigen. Anschließend wird das Substrat auf einem speziellen Band mechanisch gedehnt, sodass es entlang der lasermodifizierten Linien sauber gespalten wird.
- Laser-Vollschnitt: Ein Langpulslaser schneidet durch Schmelzauswurf vollständig durch das Substrat. Dieses Verfahren ermöglicht eine schnelle Vereinzelung ohne die mechanische Belastung durch eine physische Klinge.
Ultraschall-Vereinzeln
Dieses Verfahren wurde speziell für besonders schwer zu schneidende Materialien entwickelt und kombiniert die mechanische Rotation einer Klinge mit Ultraschallschwingungen. Es reduziert die mechanische Belastung des Werkstücks und eignet sich daher sehr gut zur Minimierung von Kantenausbrüchen bei außergewöhnlich harten oder spröden Materialien.
Anwendungen in der Fertigung optischer Komponenten
Obwohl das DISCO-Dicing stark mit der Halbleiterindustrie verbunden ist, etwa mit dem Schneiden von Silizium-Mikrochips, ist es auch ein grundlegendes Verfahren bei der Herstellung optischer Präzisionskomponenten.
- Optische Filter und Prismen: Bei der Herstellung optischer Bandpassfilter, Spiegel oder Prismen müssen große beschichtete Substrate aus Glas oder Quarzglas in kleine, genau festgelegte Abmessungen gesägt werden. Disco-Sägen mit speziellen kunstharz- oder metallgebundenen Sägeblättern ermöglichen äußerst saubere und präzise Schnitte.
- Kantenqualität und optische Strahlengänge: Die Minimierung von Kantenausbrüchen ist in der Optik von entscheidender Bedeutung, da physische Defekte an der Kante eines vereinzelten Chips zu unerwünschter Lichtstreuung, Streureflexionen oder Interferenzen im optischen Strahlengang führen können. Hochpräzises Vereinzeln gewährleistet, dass der Funktionsbereich des Filters oder der Linse bis unmittelbar an die Kante strukturell einwandfrei bleibt.
- Komplexe Substrate: Optische Bauelemente verwenden häufig schwer zu bearbeitende Materialien wie Saphir, kristallinen Quarz oder optisches Spezialglas. Die verschiedenen Spindeldrehzahlen und automatisierten optischen Ausrichtungssysteme dieser Sägen ermöglichen das Vereinzeln dieser schwer zu bearbeitenden Substrate mit engen Toleranzen.
Wesentliche Vorteile
- Hohe Präzision: Die Positioniergenauigkeit der Anlage und die Indexierschritte lassen sich bis in den Submikrometerbereich steuern. Dadurch werden bei Hunderten oder Tausenden von Komponenten enge Maßtoleranzen eingehalten.
- Vielseitigkeit: Eignet sich für eine große Bandbreite an Materialien, von Standard-Silizium bis hin zu Spezialoptiken, Keramiken und Verbindungshalbleitern (wie SiC).
- Automatisierung: Moderne Trennsägen verfügen über eine berührungslose Einrichtung (NCS), automatische Mustererkennung zur Ausrichtung und automatische Fokussierung. Dadurch werden menschliche Fehler deutlich reduziert und der Durchsatz erhöht.