Carburo di silicio verde per il taglio di semiconduttori
1. Proprietà di base del carburo di silicio verde
Il carburo di silicio verde (formula chimica SiC) è una variante altamente pura (tipicamente ≥99%) del carburo di silicio. Rispetto al carburo di silicio nero, è più duro, più fragile e di maggiore purezza.
• Durezza estremamente elevata: con una durezza Mohs di circa 9,5, è secondo solo al diamante e al nitruro di boro cubico (CBN). Questo lo rende efficace nel taglio e nella rettifica di materiali duri e fragili.
• Elevata fragilità: microscopicamente, le sue particelle presentano bordi taglienti affilati e si rompono facilmente se sottoposte a sollecitazioni. Ciò consente la generazione continua di nuovi bordi taglienti affilati durante il processo di taglio (noto come “autoaffilatura”), mantenendo un’elevata efficienza di taglio.
• Elevata conduttività termica: aiuta a dissipare il calore durante il processo di taglio, riducendo gli effetti dello stress termico sul wafer di silicio.
•Stabilità chimica: a temperatura ambiente, non reagisce con acidi o alcali, garantendo un processo di taglio puro e prevenendo la contaminazione del materiale in silicio.
2. Perché scegliere il carburo di silicio verde per il taglio dei semiconduttori?
Il taglio dei semiconduttori, in particolare il taglio dei lingotti di silicio, impone requisiti estremamente rigorosi sui materiali:
1. Materiale da taglio estremamente duro: sebbene fragili, i lingotti di silicio monocristallino sono molto duri (circa 6,5 sulla scala di Mohs). Un taglio efficace richiede un abrasivo più duro.
2. Requisiti di precisione e qualità superficiale estremamente elevati: i wafer di silicio affettati devono essere estremamente sottili (ad esempio, 100-200 μm), con deformazioni e incurvature minime e uno strato di danneggiamento superficiale controllato. Il tagliente affilato del carburo di silicio verde consente un taglio relativamente fine.
3. Efficienza economica: sebbene il diamante sia un materiale più duro, il suo costo è significativamente superiore a quello del carburo di silicio verde. Per il taglio di materiali in silicio, il carburo di silicio verde offre il miglior equilibrio tra durezza, efficienza e costo.
Per questo motivo, il carburo di silicio verde è diventato un abrasivo insostituibile nella tradizionale tecnologia di taglio a fanghi.
3. Applicazione specifica: taglio con abrasivo libero in sospensione.
L’applicazione più classica e un tempo diffusa del carburo di silicio verde nel taglio dei semiconduttori è quella di abrasivo libero nel processo di taglio a filo. Questa tecnica è nota come “taglio a filo in sospensione”.
Principio di funzionamento:
1. Un filo metallico estremamente sottile e ad alta velocità (solitamente filo di pianoforte) viene avvolto attorno a una ruota guida per formare una fitta rete di fili.
2. La micropolvere di carburo di silicio verde (dimensione delle particelle in genere compresa tra 5 e 20 μm) viene miscelata con un fluido da taglio come il polietilenglicole (PEG) per creare una sospensione viscosa.
3. La poltiglia viene pompata continuamente sulla rete metallica in movimento.
4. La rete metallica trasporta la sospensione nel lingotto di silicio di alimentazione.
5. Sottoposte a una pressione enorme, le particelle di polvere di carburo di silicio verde attaccate al filo d’acciaio rotolano, raschiando e tagliando il lingotto di silicio, agendo come innumerevoli piccoli “denti”, scheggiando gradualmente il materiale di silicio e infine tagliando l’intero lingotto in centinaia di sottili fette contemporaneamente.
4. Evoluzione tecnologica attuale: l’ascesa del taglio con filo diamantato e le sfide del carburo di silicio verde
Negli ultimi anni, i settori dei semiconduttori e del fotovoltaico hanno subito significativi cambiamenti tecnologici: il taglio con filo diamantato (DWS) sta rapidamente sostituendo il tradizionale taglio con fanghi.
•Vantaggi:
•Velocità di taglio estremamente elevata: 3-5 volte più veloce del taglio con fanghi, migliorando significativamente l’efficienza produttiva.
•Più rispettoso dell’ambiente: elimina la necessità di grandi quantità di fluido da taglio PEG e polvere di SiC, con conseguente riduzione degli sprechi.
