Cacbua Silic Xanh dùng để cắt bán dẫn
1. Tính chất cơ bản của Cacbua Silic Xanh
Cacbua Silic Xanh (công thức hóa học SiC) là một biến thể của Cacbua Silic có độ tinh khiết cao (thường ≥99%). So với Cacbua Silic Đen, Cacbua Silic Xanh cứng hơn, giòn hơn và có độ tinh khiết cao hơn.
• Độ cứng cực cao: Với độ cứng Mohs khoảng 9,5, nó chỉ đứng sau kim cương và boron nitride khối (CBN). Điều này giúp nó hiệu quả trong việc cắt và mài các vật liệu cứng và giòn.
• Độ giòn cao: Dưới góc độ vi mô, các hạt của nó có cạnh sắc và dễ vỡ khi chịu lực. Điều này cho phép liên tục tạo ra các cạnh cắt sắc mới trong quá trình cắt (được gọi là “tự mài”), duy trì hiệu suất cắt cao.
• Độ dẫn nhiệt cao: Giúp tản nhiệt trong quá trình cắt, giảm tác động của ứng suất nhiệt lên tấm silicon.
• Độ ổn định hóa học: Ở nhiệt độ phòng, nó không phản ứng với axit hoặc kiềm, đảm bảo quá trình cắt tinh khiết và ngăn ngừa ô nhiễm vật liệu silicon.
2. Tại sao nên chọn silicon carbide xanh để cắt bán dẫn?
Việc cắt bán dẫn, đặc biệt là cắt thỏi silicon, đặt ra những yêu cầu vật liệu cực kỳ nghiêm ngặt:
1. Vật liệu cắt cực kỳ cứng: Mặc dù giòn, các thỏi silicon đơn tinh thể rất cứng (khoảng 6,5 trên thang Mohs). Để cắt hiệu quả đòi hỏi vật liệu mài mòn cứng hơn.
2. Yêu cầu về độ chính xác và chất lượng bề mặt cực kỳ cao: Các tấm wafer silicon được cắt phải cực kỳ mỏng (ví dụ: 100-200μm), độ cong vênh và độ cong vênh tối thiểu, và lớp hư hại bề mặt được kiểm soát. Lưỡi cắt sắc bén của silicon carbide xanh cho phép cắt tương đối mịn.
3. Hiệu quả về chi phí: Mặc dù kim cương là vật liệu cứng hơn, nhưng giá thành của nó cao hơn đáng kể so với silicon carbide xanh. Để cắt vật liệu silicon, silicon carbide xanh đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa độ cứng, hiệu quả và chi phí.
Do đó, silicon carbide xanh đã trở thành vật liệu mài mòn không thể thay thế trong công nghệ cắt bùn truyền thống.
3. Ứng dụng cụ thể: Cắt bằng dung dịch mài mòn tự do
Ứng dụng cổ điển và từng rất phổ biến của silicon carbide xanh trong cắt bán dẫn là làm vật liệu mài mòn tự do trong quy trình cắt dây. Kỹ thuật này được gọi là “cắt dây bằng dung dịch mài mòn”.
Nguyên lý hoạt động:
1. Một sợi dây kim loại cực kỳ mịn, chuyển động tốc độ cao (thường là dây đàn piano) được quấn quanh bánh xe dẫn hướng để tạo thành một mạng lưới dây dày đặc.
2. Bột silic cacbua xanh (kích thước hạt thường từ 5-20 μm) được trộn với chất lỏng cắt như polyethylene glycol (PEG) để tạo thành hỗn hợp sệt.
3. Bùn liên tục được bơm vào lưới thép chuyển động.
4. Lưới thép mang bùn vào thỏi silicon nạp.
5. Dưới áp suất cực lớn, các hạt bột silicon carbide xanh bám vào dây thép sẽ lăn, cạo và cắt thỏi silicon, hoạt động giống như vô số “răng” nhỏ, dần dần bào mòn vật liệu silicon, cuối cùng cắt toàn bộ thỏi silicon thành hàng trăm lát mỏng cùng một lúc.
4. Sự phát triển công nghệ hiện tại: Sự trỗi dậy của công nghệ cắt dây kim cương và những thách thức của cacbua silic xanh
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp bán dẫn và quang điện đã trải qua những thay đổi đáng kể về công nghệ: cắt dây kim cương (DWS) đang nhanh chóng thay thế phương pháp cắt bùn truyền thống.
•Thuận lợi:
•Tốc độ cắt cực nhanh: Nhanh hơn 3-5 lần so với cắt bùn, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất.
•Thân thiện hơn với môi trường: Loại bỏ nhu cầu sử dụng lượng lớn dung dịch cắt PEG và bột SiC, giúp giảm thiểu chất thải.
