Teknologi pemotongan kawat intan juga dikenal sebagai teknologi pemotongan abrasif konsolidasi. Teknologi ini menggunakan metode pelapisan listrik atau pengikatan resin pada intan yang dikonsolidasikan di permukaan kawat baja, di mana kawat intan langsung bekerja pada permukaan batang silikon atau ingot silikon untuk menghasilkan penggerindaan, sehingga menghasilkan efek pemotongan. Pemotongan kawat intan memiliki karakteristik kecepatan pemotongan yang cepat, akurasi pemotongan yang tinggi, dan kehilangan material yang rendah.
Saat ini, pasar kristal tunggal untuk pemotongan wafer silikon dengan kawat berlian telah diterima sepenuhnya, tetapi dalam proses promosinya juga terdapat beberapa masalah, di antaranya masalah "belly white" (putih beludru) yang merupakan masalah paling umum. Mengingat hal tersebut, makalah ini berfokus pada bagaimana mencegah masalah "belly white" pada pemotongan wafer silikon monokristalin dengan kawat berlian.
Proses pembersihan wafer silikon monokristalin yang dipotong dengan kawat intan adalah dengan melepaskan wafer silikon yang telah dipotong oleh mesin gergaji kawat dari pelat resin, melepaskan strip karet, dan membersihkan wafer silikon. Peralatan pembersihan terutama terdiri dari mesin pra-pembersihan (mesin penghilangan getah) dan mesin pembersih. Proses pembersihan utama mesin pra-pembersihan adalah: pemberian makan-penyemprotan-penyemprotan-pembersihan ultrasonik-penghilangan getah-pembilasan air bersih-pemberian makan. Proses pembersihan utama mesin pembersih adalah: pemberian makan-pembilasan air murni-pembilasan air murni-pencucian alkali-pencucian alkali-pembilasan air murni-pembilasan air murni-pra-dehidrasi (pengangkatan lambat)-pengeringan-pemberian makan.
Prinsip pembuatan beludru kristal tunggal
Wafer silikon monokristalin memiliki karakteristik korosi anisotropik. Prinsip reaksinya adalah persamaan reaksi kimia sebagai berikut:
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑
Pada intinya, proses pembentukan suede adalah: larutan NaOH untuk laju korosi yang berbeda pada permukaan kristal yang berbeda, kecepatan korosi permukaan (100) lebih cepat daripada (111), sehingga (100) pada wafer silikon monokristalin setelah korosi anisotropik, akhirnya membentuk kerucut empat sisi (111) pada permukaan, yaitu struktur "piramida" (seperti yang ditunjukkan pada gambar 1). Setelah struktur terbentuk, ketika cahaya mengenai lereng piramida pada sudut tertentu, cahaya akan dipantulkan ke lereng pada sudut lain, membentuk penyerapan sekunder atau lebih, sehingga mengurangi reflektivitas pada permukaan wafer silikon, yaitu efek perangkap cahaya (lihat Gambar 2). Semakin baik ukuran dan keseragaman struktur "piramida", semakin jelas efek perangkapnya, dan semakin rendah laju emisi permukaan wafer silikon.
Gambar 1: Mikromorfologi wafer silikon monokristalin setelah produksi alkali
Gambar 2: Prinsip perangkap cahaya pada struktur “piramida”
Analisis pemutihan kristal tunggal
Dengan menggunakan mikroskop elektron pemindaian pada wafer silikon putih, ditemukan bahwa struktur mikro piramida pada wafer putih di area tersebut pada dasarnya tidak terbentuk, dan permukaannya tampak memiliki lapisan residu "berlilin", sedangkan struktur piramida beludru di area putih pada wafer silikon yang sama terbentuk lebih baik (lihat Gambar 3). Jika terdapat residu pada permukaan wafer silikon monokristalin, permukaan akan memiliki ukuran struktur "piramida" area residu dan keseragaman pembentukan serta efek area normal tidak mencukupi, sehingga menghasilkan reflektivitas permukaan beludru residu yang lebih tinggi daripada area normal, area dengan reflektivitas tinggi dibandingkan dengan area normal secara visual dipantulkan sebagai putih. Seperti yang dapat dilihat dari bentuk distribusi area putih, bentuknya tidak teratur atau seragam di area yang luas, tetapi hanya di area lokal. Kemungkinan besar, polutan lokal pada permukaan wafer silikon belum dibersihkan, atau kondisi permukaan wafer silikon disebabkan oleh polusi sekunder.
Gambar 3: Perbandingan perbedaan mikrostruktur regional pada wafer silikon putih beludru
Permukaan wafer silikon yang dipotong dengan kawat intan lebih halus dan kerusakannya lebih kecil (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4). Dibandingkan dengan wafer silikon yang dipotong dengan mortar, kecepatan reaksi alkali dan permukaan wafer silikon yang dipotong dengan kawat intan lebih lambat daripada wafer silikon monokristalin yang dipotong dengan mortar, sehingga pengaruh residu permukaan pada efek beludru lebih jelas.
Gambar 4: (A) Mikrograf permukaan wafer silikon yang dipotong dengan mortar (B) mikrograf permukaan wafer silikon yang dipotong dengan kawat intan
Sumber residu utama dari permukaan wafer silikon yang dipotong dengan kawat berlian
(1) Cairan Pendingin: Komponen utama cairan pendingin pemotong kawat intan adalah surfaktan, dispersan, penghilang busa, dan air serta komponen lainnya. Cairan pemotong dengan kinerja yang sangat baik memiliki suspensi, dispersi, dan kemampuan pembersihan yang mudah. Surfaktan biasanya memiliki sifat hidrofilik yang lebih baik, sehingga mudah dibersihkan dalam proses pembersihan wafer silikon. Pengadukan dan sirkulasi terus-menerus dari aditif ini dalam air akan menghasilkan sejumlah besar busa, yang mengakibatkan penurunan aliran cairan pendingin, memengaruhi kinerja pendinginan, dan masalah busa yang serius bahkan luapan busa, yang akan sangat memengaruhi penggunaannya. Oleh karena itu, cairan pendingin biasanya digunakan dengan zat penghilang busa. Untuk memastikan kinerja penghilangan busa, silikon dan polieter tradisional biasanya memiliki sifat hidrofilik yang buruk. Pelarut dalam air sangat mudah terserap dan tetap berada di permukaan wafer silikon pada pembersihan selanjutnya, sehingga menimbulkan masalah bintik putih. Dan tidak kompatibel dengan baik dengan komponen utama pendingin, Oleh karena itu, harus dibuat menjadi dua komponen, Komponen utama dan zat anti busa ditambahkan ke dalam air. Dalam proses penggunaan, sesuai dengan kondisi busa, penggunaan dan dosis zat anti busa tidak dapat dikontrol secara kuantitatif, sehingga mudah terjadi overdosis zat anti busa, yang menyebabkan peningkatan residu pada permukaan wafer silikon. Hal ini juga lebih merepotkan untuk dioperasikan. Namun, karena harga bahan baku dan bahan baku zat anti busa yang rendah, sebagian besar pendingin domestik menggunakan sistem formula ini. Pendingin lain menggunakan zat anti busa baru, yang dapat kompatibel dengan baik dengan komponen utama, tanpa tambahan, dapat secara efektif dan kuantitatif mengontrol jumlahnya, dapat secara efektif mencegah penggunaan berlebihan. Pengoperasiannya juga sangat mudah. Dengan proses pembersihan yang tepat, residunya dapat dikontrol hingga tingkat yang sangat rendah. Di Jepang dan beberapa produsen domestik mengadopsi sistem formula ini. Namun, karena biaya bahan bakunya yang tinggi, keunggulan harganya tidak begitu jelas.
(2) Versi lem dan resin: pada tahap akhir proses pemotongan kawat berlian, wafer silikon di dekat ujung masuk telah dipotong terlebih dahulu, wafer silikon di ujung keluar belum dipotong, kawat berlian yang dipotong lebih awal telah mulai memotong lapisan karet dan pelat resin, karena lem batang silikon dan papan resin keduanya merupakan produk resin epoksi, titik lunaknya pada dasarnya antara 55 dan 95℃, jika titik lunak lapisan karet atau pelat resin rendah, mudah memanas selama proses pemotongan dan menyebabkannya menjadi lunak dan meleleh, menempel pada kawat baja dan permukaan wafer silikon, menyebabkan kemampuan pemotongan garis berlian berkurang, atau wafer silikon diterima dan ternoda oleh resin, setelah menempel, sangat sulit untuk dibersihkan, kontaminasi seperti itu sebagian besar terjadi di dekat tepi wafer silikon.
(3) Serbuk silikon: dalam proses pemotongan kawat berlian akan menghasilkan banyak serbuk silikon, dengan pemotongan, kandungan serbuk pendingin mortar akan semakin tinggi, ketika serbuk cukup besar, akan menempel pada permukaan silikon, dan ukuran serbuk silikon yang dipotong oleh kawat berlian menyebabkan serbuk tersebut lebih mudah terserap pada permukaan silikon, sehingga sulit dibersihkan. Oleh karena itu, pastikan pembaruan dan kualitas pendingin serta kurangi kandungan serbuk dalam pendingin.
(4) Bahan pembersih: Saat ini, produsen pemotong kawat berlian sebagian besar menggunakan pemotongan mortar secara bersamaan, sebagian besar menggunakan pra-pencucian pemotongan mortar, proses pembersihan, dan bahan pembersih, dll. Teknologi pemotongan kawat berlian tunggal dari mekanisme pemotongan, membentuk satu set lengkap jalur, pendingin dan pemotongan mortar memiliki perbedaan besar, sehingga proses pembersihan yang sesuai, dosis bahan pembersih, formula, dll. harus disesuaikan dengan pemotongan kawat berlian. Bahan pembersih merupakan aspek penting, formula bahan pembersih asli yang mengandung surfaktan dan alkalinitas tidak cocok untuk membersihkan wafer silikon yang dipotong dengan kawat berlian, harus sesuai dengan komposisi dan residu permukaan bahan pembersih yang ditargetkan, dan digunakan bersamaan dengan proses pembersihan. Seperti yang disebutkan di atas, komposisi zat penghilang busa tidak diperlukan dalam pemotongan mortar.
(5) Air: air limpasan pemotongan kawat berlian, pra-pencucian dan pembersihan mengandung kotoran, dapat terserap ke permukaan wafer silikon.
Saran untuk mengurangi masalah rambut beludru yang tampak putih
(1) Untuk menggunakan cairan pendingin dengan dispersi yang baik, dan cairan pendingin tersebut harus menggunakan zat penghilang busa rendah residu untuk mengurangi residu komponen cairan pendingin pada permukaan wafer silikon;
(2) Gunakan lem dan pelat resin yang sesuai untuk mengurangi polusi wafer silikon;
(3) Cairan pendingin diencerkan dengan air murni untuk memastikan tidak ada kotoran sisa yang mudah ditemukan pada air bekas pakai;
(4) Untuk permukaan wafer silikon yang dipotong dengan kawat berlian, gunakan bahan pembersih yang aktivitas dan efek pembersihannya lebih sesuai;
(5) Gunakan sistem pemulihan online pendingin jalur berlian untuk mengurangi kandungan bubuk silikon dalam proses pemotongan, sehingga secara efektif mengendalikan residu bubuk silikon pada permukaan wafer silikon. Pada saat yang sama, hal ini juga dapat meningkatkan suhu, aliran, dan waktu air dalam pra-pencucian, untuk memastikan bahwa bubuk silikon tercuci tepat waktu.
(6) Setelah wafer silikon diletakkan di meja pembersihan, wafer tersebut harus segera diproses, dan wafer silikon harus tetap basah selama seluruh proses pembersihan.
(7) Wafer silikon menjaga permukaannya tetap basah selama proses penghilangan getah, dan tidak dapat mengering secara alami. (8) Dalam proses pembersihan wafer silikon, waktu paparan udara dapat dikurangi seminimal mungkin untuk mencegah produksi bunga pada permukaan wafer silikon.
(9) Petugas kebersihan tidak boleh melakukan kontak langsung dengan permukaan wafer silikon selama seluruh proses pembersihan, dan harus mengenakan sarung tangan karet, agar tidak menimbulkan sidik jari.
(10) Dalam referensi [2], ujung baterai menggunakan proses pembersihan hidrogen peroksida H2O2 + alkali NaOH sesuai dengan rasio volume 1:26 (larutan NaOH 3%), yang dapat secara efektif mengurangi terjadinya masalah tersebut. Prinsipnya mirip dengan larutan pembersih SC1 (umumnya dikenal sebagai cairan 1) dari wafer silikon semikonduktor. Mekanisme utamanya: lapisan oksidasi pada permukaan wafer silikon terbentuk oleh oksidasi H2O2, yang dikorosi oleh NaOH, dan oksidasi serta korosi terjadi berulang kali. Oleh karena itu, partikel yang menempel pada bubuk silikon, resin, logam, dll.) juga jatuh ke dalam cairan pembersih bersama dengan lapisan korosi; karena oksidasi H2O2, materi organik pada permukaan wafer terurai menjadi CO2, H2O dan dihilangkan. Proses pembersihan ini telah digunakan oleh produsen wafer silikon untuk memproses pembersihan wafer silikon monokristalin yang dipotong dengan kawat berlian, wafer silikon dalam jumlah besar yang digunakan oleh produsen baterai di dalam dan luar negeri serta produsen baterai lainnya yang mengalami masalah putih beludru. Ada juga produsen baterai yang menggunakan proses pra-pembersihan beludru serupa, yang juga efektif mengendalikan munculnya lapisan putih beludru. Dapat dilihat bahwa proses pembersihan ini ditambahkan dalam proses pembersihan wafer silikon untuk menghilangkan residu wafer silikon sehingga secara efektif mengatasi masalah lapisan putih di ujung baterai.
kesimpulan
Saat ini, pemotongan kawat intan telah menjadi teknologi pemrosesan utama di bidang pemotongan kristal tunggal, tetapi dalam prosesnya, masalah munculnya bercak putih seperti beludru telah mengganggu produsen wafer silikon dan baterai, yang menyebabkan produsen baterai mengalami beberapa penolakan terhadap pemotongan wafer silikon dengan kawat intan. Melalui analisis perbandingan area putih, hal itu terutama disebabkan oleh residu pada permukaan wafer silikon. Untuk mencegah masalah pada wafer silikon di dalam sel dengan lebih baik, makalah ini menganalisis kemungkinan sumber polusi permukaan wafer silikon, serta saran dan langkah perbaikan dalam produksi. Berdasarkan jumlah, wilayah, dan bentuk bercak putih, penyebabnya dapat dianalisis dan diperbaiki. Sangat disarankan untuk menggunakan proses pembersihan hidrogen peroksida + alkali. Pengalaman yang berhasil telah membuktikan bahwa hal itu dapat secara efektif mencegah masalah munculnya bercak putih seperti beludru pada wafer silikon yang dipotong dengan kawat intan, untuk referensi para pelaku industri dan produsen pada umumnya.
Waktu posting: 30 Mei 2024