Grünes Siliziumkarbid zum Schneiden von Halbleitern
1. Grundlegende Eigenschaften von grünem Siliziumkarbid
Grünes Siliziumkarbid (chemische Formel SiC) ist eine hochreine (typischerweise ≥99 %) Variante von Siliziumkarbid. Im Vergleich zu schwarzem Siliziumkarbid ist es härter, spröder und von höherer Reinheit.
•Extrem hohe Härte: Mit einer Mohshärte von ca. 9,5 liegt es an zweiter Stelle nach Diamant und kubischem Bornitrid (CBN). Dadurch eignet es sich effektiv zum Schneiden und Schleifen harter und spröder Materialien.
•Hohe Sprödigkeit: Mikroskopisch gesehen haben die Partikel scharfe Kanten und brechen leicht, wenn sie Belastungen ausgesetzt werden. Dies ermöglicht die kontinuierliche Bildung neuer scharfer Schneidkanten während des Schneidvorgangs (bekannt als „Selbstschärfen“) und sorgt so für eine hohe Schneidleistung.
•Hohe Wärmeleitfähigkeit: Dies hilft, die Wärme während des Schneidevorgangs abzuleiten und reduziert die Auswirkungen der thermischen Belastung auf den Silizium-Wafer.
•Chemische Stabilität: Bei Raumtemperatur reagiert es nicht mit Säuren oder Laugen, wodurch ein sauberer Schneidprozess gewährleistet und eine Kontamination des Siliziummaterials verhindert wird.
2. Warum sollte man sich für grünes Siliziumkarbid zum Schneiden von Halbleitern entscheiden?
Das Schneiden von Halbleitern, insbesondere das Schneiden von Siliziumblöcken, stellt extrem strenge Materialanforderungen:
1. Extrem hartes Schneidmaterial: Einkristalline Siliziumblöcke sind zwar spröde, aber sehr hart (ca. 6,5 auf der Mohs-Skala). Effektives Schneiden erfordert ein härteres Schleifmittel.
2. Extrem hohe Anforderungen an Präzision und Oberflächenqualität: Die geschnittenen Siliziumwafer müssen extrem dünn sein (z. B. 100–200 μm), mit minimaler Verformung und Biegung sowie einer kontrollierten Oberflächenschadensschicht. Die scharfe Schneide aus grünem Siliziumkarbid ermöglicht relativ feine Schnitte.
3. Kosteneffizienz: Obwohl Diamant ein härteres Material ist, sind seine Kosten deutlich höher als die von grünem Siliziumkarbid. Beim Schneiden von Siliziummaterialien bietet grünes Siliziumkarbid das beste Gleichgewicht zwischen Härte, Effizienz und Kosten.
Daher ist grünes Siliziumkarbid zu einem unersetzlichen Schleifmittel in der traditionellen Schlammschneidtechnologie geworden.
3. Spezifische Anwendung: Freischleif-Schneiden mit Slurry-Technologie
Die klassischste und einst gängigste Anwendung von grünem Siliziumkarbid beim Schneiden von Halbleitern ist die Verwendung als freies Schleifmittel im Drahtschneideprozess. Diese Technik wird als „Slurry-Drahtschneiden“ bezeichnet.
Funktionsprinzip:
1. Ein extrem feiner, sich mit hoher Geschwindigkeit bewegender Metalldraht (normalerweise Klavierdraht) wird um ein Führungsrad gewickelt, um ein dichtes Drahtnetz zu bilden.
2. Grünes Siliziumkarbid-Mikropulver (Partikelgröße typischerweise zwischen 5 und 20 μm) wird mit einer Schneidflüssigkeit wie Polyethylenglykol (PEG) gemischt, um eine viskose Aufschlämmung zu erzeugen.
3. Die Aufschlämmung wird kontinuierlich auf das sich bewegende Siebgewebe gepumpt.
4. Das Drahtnetz befördert die Aufschlämmung in den zugeführten Siliziumblock.
5. Unter enormem Druck rollen, schaben und schneiden grüne Siliziumkarbidpulverpartikel, die am Stahldraht haften, den Siliziumblock. Sie wirken wie unzählige kleine „Zähne“, die das Siliziummaterial nach und nach absplittern und schließlich den gesamten Block gleichzeitig in Hunderte dünner Scheiben schneiden.
4. Aktuelle technologische Entwicklung: Der Aufstieg des Diamantdrahtschneidens und die Herausforderungen des grünen Siliziumkarbids
In den letzten Jahren haben die Halbleiter- und Photovoltaikindustrie bedeutende technologische Veränderungen durchgemacht: Das Diamantdrahtschneiden (DWS) ersetzt schnell das traditionelle Schlammschneiden.
•Vorteile:
•Extrem hohe Schnittgeschwindigkeit: 3-5 Mal schneller als Schlammschneiden, was die Produktionseffizienz erheblich verbessert.
•Umweltfreundlicher: Es werden keine großen Mengen an PEG-Schneidflüssigkeit und SiC-Pulver mehr benötigt, was zu weniger Abfall führt.
