منشار الأسلاك المتعددة لأشباه الموصلات: مبدأ العمل والمواصفات ودليل الاختيار

ما هو منشار الأسلاك المتعددة لأشباه الموصلات وكيف يعمل؟

المنشار متعدد الأسلاك من أشباه الموصلات عبارة عن آلة دقيقة، تعمل على مئات الأسلاك الرفيعة المتوازية الممتدة عبر مجموعة من بكرات التوجيه المحززة لتقطيع سبيكة واحدة في نفس الوقت إلى عدد كبير من الرقائق. يختلف المنشار متعدد الأسلاك عن المنشار أحادي السلك الذي ينتج رقاقة واحدة في المرة الواحدة، ويمكن أن يحتوي المنشار متعدد الأسلاك على ما بين 500-2000 سلك ممتد في شبكة سلكية واحدة، مما ينتج 300 شريحة أو أكثر في كل دورة.

كيف يعمل المنشار متعدد الأسلاك أمر بسيط. يتم لف سلك مستمر (سلك مطلي بالماس أو سلك مكشوف يتم تغذيته بملاط كاشط) حول واحدة أو أكثر من بكرات توجيه الأسلاك، مما يشكل “web” متوازيًا لأسلاك النشر عبر قطعة العمل. يتم تثبيت السبيكة على شبكة السلك بواسطة طاولة تغذية باستخدام مادة لاصقة إيبوكسي لتركيبها بشكل آمن. يتم التحكم في معدل التغذية، ومع تقدم شبكة السلك بمعدلات تتراوح بين 10-25 مترًا في الثانية، يشق السلك طريقه بشكل كاشط عبر قطعة العمل لإنتاج رقائق ذات خصائص موحدة، وقليل من المواد المهدرة.

خمسة مكونات أساسية تحدد بنية الآلة

• تعمل بكرات توجيه الأسلاك على ضبط الأسطوانات الأرضية الدقيقة باستخدام أخاديد دقيقة لتوجيه خطوة السلك (دقة ±2 ميكرومتر)
• شبكة الأسلاك امسح مجموعة أسلاك القطع المتوازية والأسلاك المشدودة بشكل صحيح بالداخل
• جدول التغذية (ضبط الطاولة التي تحمل قطعة العمل وتعرض معدلات تغذية منخفضة تصل إلى 0.2 مم في الدقيقة (السيليكون)
• نظام التبريد 100 يقوم بتزويد السائل الذي يتم التحكم في درجة حرارته إلى منطقة القطع، مما يؤدي إلى إزالة الحطام وإزالة الحمل الحراري
• وحدة التحكم في التوتر 5 تضمن شدًا ثابتًا عبر جميع امتدادات الأسلاك لتجنب الترهل أو الكسر

تقنية القطع المتوازي هذه هي المبدأ المشترك لجميع تقنيات تقطيع الإسفين؛ هذه الخاصية تجعل نشر الأسلاك المتعددة معيار الصناعة المعترف به في كل من تصنيع أشباه الموصلات وإنتاج الخلايا الشمسية.

سلك الماس مقابل الملاط: مقارنة طريقتين للقطع

لتصنيع أشباه الموصلات، تستخدم المناشير ذات السلك الواحد ما بين 4 إلى 6 ساعات لتقطيع سبيكة مقاس 200 مم تنتج رقاقة واحدة. يقوم المنشار متعدد الأسلاك بتنفيذ هذه الدورة بأكملها في وقت واحد لإنتاج مئات الشرائح في نفس الإطار الزمني.

هناك طريقتان رئيسيتان لتقطيع الرقاقة باستخدام سلك واحد أو عدد أكبر من الأسلاك الرقيقة: نشر الأسلاك الماسية، DWS ونشر الأسلاك القائمة على الملاط، SWS. الجدول التالي عبارة عن مقارنة بين الاثنين بناءً على بيانات الإنتاج الحقيقية.

يُشار الآن إلى DWS باعتبارها التقنية الرائدة في تصنيع رقائق السيليكون وكربيد السيليكون. لقد ثبت في الورقة المنشورة في Procedia Manufacturing أن DWS توفر بديلاً أكثر استدامة للقطع القائم على الملاط، مما يوفر هدرًا أقل للمواد بشكل ملحوظ وتقليل التأثير البيئي. لذلك، بالمقارنة مع القطع المعتمد على الملاط، يمكن أن تترجم الإنتاجية الأعلى (إنتاجية أسرع بمقدار 2-3 مرات) وفقدان الشق المنخفض مباشرة إلى عدد أكبر بكثير من الرقائق التي يتم استخلاصها من كل سبيكة من المواد الخام الثمينة لأشباه الموصلات. يجب أن تكون هذه فائدة مربحة.

يظل القطع المعتمد على الملاط هو الطريقة السائدة المستخدمة في أشباه الموصلات المكونة. يعتبر GaAs وInP أكثر ليونة وهشاشة من السيليكون، وينتج عن عمل الكشط الحر للملاط ضررًا أقل تحت السطح على هذه المواد. بالنسبة لتطبيقات الزجاج البصري، يوفر الملاط أيضًا تشطيبًا أكثر سلاسة للسطح المطلوب لتقليل خطوات التلميع بعد القطع.

المواصفات الرئيسية التي تؤثر على جودة الرقاقة

عروض دونغه معدات منشار الأسلاك المتعددة دعم كلا التطبيقين، الملاط والأسلاك الماسية.

يعد توحيد شد السلك (خارج شبكة السلك بأكملها) هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على جودة الرقاقة. باستخدام قياس قوة السلك في نظام التحكم في شد الحلقة المغلقة، يجب قياس التوتر على طول شبكة السلك بأكملها وإجراء التنظيم مع استطالة السلك والتغيرات الحرارية. بخلاف ذلك، يمكن أن يكون تباين السُمك بين أطراف شبكة السلك عادةً أكثر من 20 مترًا (وهو ما يقع خارج مواصفات SEMI M1 في فئة رقاقة السيليكون المصقولة).

عند اختيار منشار سلكي ماسي لتقطيع أشباه الموصلات، من المهم التحقق من أن الماكينة تحتوي على نظام للتحكم في التوتر بحلقة مغلقة، ومبرد يتم التحكم فيه في حدود 0.5 درجة مئوية وبكرات توجيه بدقة خطوة أقل من 2 متر.

المواد التي يمكن معالجة منشار متعدد الأسلاك بها

المناشير السلكية المتعددة هي معدات متعددة الاستخدامات مصممة لقطع العديد من العناصر الأصعب والأصعب في التصنيع في مجال الهندسة والإلكترونيات والمعالجة الكهروضوئية وصناعة السيراميك المتقدمة. العناصر المذكورة أدناه هي وحدات ومواد التطبيق الرئيسية.

• السيليكون (أحادي ومتعدد البلورات) هو أساس الخلايا الشمسية ورقائق أشباه الموصلات. يتم تحديد كل من سبائك السيليكون الأحادية والبولي بشكل قياسي.
• أشباه موصلات الطاقة من كربيد السيليكون (SiC) ومحولات السيارات الكهربائية. إن الطبيعة الصعبة للغاية لـ SiC (Mohs 9.5) تضع سلك الماس باعتباره سلك القطع المناسب الوحيد. ويتوقع محللو السوق أن ينمو الطلب على رقائق SiC من 1.69 مليار دولار أمريكي في عام 2025 إلى 6.4 مليار دولار أمريكي في عام 2032 بمعدل نمو سنوي مركب قدره 21.3%.
• ركائز الياقوت والنوافذ البصرية. سلك الماس مطلوب في المادة الكاشطة بسبب موس 9.
• أجهزة الترددات اللاسلكية نيتريد الغاليوم (GaN) وإلكترونيات الطاقة وأشباه الموصلات المركبة.
• ناقل الحركة البصري والاتصالات زرنيخيد الغاليوم (GaAs). عادة ما يتم قطعها بسلك الملاط لتقليل تلف السطح.
• كوارتز 9 المكونات البصرية والرنانات.
• السيراميك الفني الألومينا، الزركونيا، السيراميك الانضغاطي الصناعي، الطبي.
• الجرافيت up الأقطاب الكهربائية ومكونات البوتقة.
• زجاج بصري 500 عدسات دقيقة وفراغات منشورية.

أدى الطلب المتزايد على SiC في وحدات الطاقة الكهربائية وGaN في البنية التحتية 5G إلى المزيد والمزيد معدات منشار متعدد الأسلاك يجري تنفيذها لهذه التطبيقات. تم تكوين جميع الآلات التي تقدمها DONGHE لمعالجة السيليكون وSiC والياقوت والسيراميك، مع إمكانية شد الأسلاك وتعديل معدل التغذية لكل نوع من المواد.

التحديات المشتركة وكيفية حلها

يقدم قطع منشار الأسلاك على نطاق الإنتاج ثلاث مشكلات شائعة. ويمكن تشخيص كل منها بسهولة بأسباب جذرية معروفة، والتي يمكن اختبار الحلول الهندسية على أساسها.

1. كسر الأسلاك

كسر الأسلاك. يحدث عندما ينقطع السلك، مما يؤدي إلى إيقاف القطع على الفور في غضون ثوانٍ، لتدمير الدفعة بأكملها. تشمل المصادر طفرات التوتر، الناجمة عن أحزمة القيادة البالية، أو التدفق غير المحاذي لسائل التبريد عند دخول السلك، أو إجهاد السلك بسبب التسخين والالتواء. تشير الأبحاث التي أجريت على تأثيرات تآكل المنشار السلكي (PMC) إلى أنه مع استنفاد حبيبات الماس، فإن معدل التآكل يتبع عددًا متناسبًا باستخدام المنحنى لعدد البوصات التي يقطعها السلك في مسار معين، ويمكن جدولة أجزاء من السلك قبل حدوث فشل كارثي.

الحلول: قم بتثبيت نظام إدارة الأسلاك الماسية (DWMS) لقياس التآكل في الوقت الفعلي. قطع بمعدل تغذية دخول أقل لأول 5 مم من العمق. تحقق من شد حزام القيادة كل 3 أشهر. سجل شد السلك وسجل أي طفرات أكبر من 5% من نقطة الضبط.

2. الأضرار تحت السطح (SSD)

الضرر تحت السطح (SSD). يحدث عندما تمتد الشقوق الصغيرة تحت السطح العلوي للرقاقة بمقدار 1-30 مترًا. وتشمل العوامل المساهمة معدل التغذية الزائد، وحبيبات الماس الخشنة، والاهتزاز. تتطلب معالجة الإلكترونيات اللاحقة المزيد من الطحن واللف والتلميع، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف وانخفاض الإنتاجية إذا أصبحت طبقة الضرر عميقة جدًا.

الحلول: تقليل معدل التغذية عند قطع المواد الهشة (SiC والياقوت). استخدم مطاحن ذات حجم حبيبات أدق (10-20 مترًا لإنهاء القطع، و30-40 مترًا للقطع الخام). تأكد من أن تدفق مياه التبريد هو الأمثل لتقليل الاهتزازات والإجهاد الحراري. تنص ممارسة الصناعة على أن SSD أقل من 5 أمتار ممكن في Si.

3. سمك الرقاقة غير متناسق

قد يكون سبب الاختلاف في السُمك عبر الدفعة هو تمدد شبكة الأسلاك وبكرات التوجيه، أو التوزيع غير المتساوي لشد السلك عبر العديد من عمليات السحب، أو تآكل الأخدود في بكرات التوجيه. قد يؤدي الانجراف الحراري على مدى 8-10 ساعات من القطع المستمر إلى تغيير السطح العلوي بمقدار 5-10 م.

الحلول: تبريد مع سائل تبريد يمكن التحكم بدرجة حرارته بدقة تصل إلى 0.5 درجة مئوية. استخدم التحكم في شد السلك ذو الحلقة المغلقة، مع توزيع نقاط قياس متعددة عبر السلك. جدولة القياس الشهري وإعادة طحن الأخاديد الدوارة. قم بتدوير السلك بعد كل 8-10 ساعات من القطع النشط.

كيفية اختيار المنشار السلكي المتعدد المناسب

انقر هنا لاستخدام قائمة مرجعية لتحديد المواصفات التي يجب عليك اختيارها لآلة المنشار متعددة الأسلاك.

قائمة التحقق من الاختيار:

1. نوع المادة 100 يحدد نوع السلك وحجم الحبيبات ونطاق معدل التغذية. يحتاج الياقوت وكربيد السيليكون إلى سلك ماسي مخصص؛ يمكن أن تتطلب GaAs قدرة قطع الملاط.
2. حجم الرقاقة تم تصنيف أحجام ماكينات 40 ملم أو 200 ملم أو 300 ملم كحد أقصى لقطر الرقاقة. تأكد من أن محطات التبريد والغسيل الخاصة بك تناسب المواصفات المحددة.
3. حجم الإنتاج تحتاج مجموعات البحث والتطوير إلى آلات تقطع السبائك الفردية بأقل قدر من الإعداد. تتطلب مجموعات الإنتاج آلات مؤتمتة بالكامل ذات إنتاجية عالية واتساق عالي.
4. يجب أن تدعم الآلة كلاً من أسلاك القطع المصنوعة من السيليكون وIII-V وقطع الملاط إذا قمت بمعالجة كليهما.
5. يعد التحكم الآلي في الوصفات التلقائي HMI herat وشبكة رسائل المعدات (SECS/GEM) معيارًا لبيئة الإنتاج.
6. يقوم الشراء الفوري بتقييم تكلفة الأجزاء الاسمية وسياسات تخزين قطع الغيار، ومخزون قطع الغيار وتوافرها، وتدريب المهندسين، ووقت الاستجابة للدعم الفني. وبدون الاستثمار المفرط، يمكن أن تصل تكلفة التوقف بسهولة إلى أكثر من $10000 في الساعة في تصنيع أشباه الموصلات.

تتمتع شركة DONGHE (مقرها في شركة Shanghai Donghe Science & Technology Co.، Ltd.) بخبرة تزيد عن 10 سنوات في مجال تصنيع آلات قطع منشار الأسلاك الدقيقة لصناعة أشباه الموصلات. توفر DONGHE كلاً من معدات التصنيع والدعم الهندسي للتطبيقات لمطابقة تكوين الماكينة مع متطلبات مواصفات المواد والرقائق الخاصة بك مع شهادة ISO 9001:2015 CE و35 براءة اختراع وأكثر من 10000 حادث قطع مسجل لأكثر من 300 عميل.

الأسئلة المتداولة

ما هي عملية نشر أشباه الموصلات؟

يتضمن نشر أشباه الموصلات تثبيت سبيكة شبه موصلة على طاولة التغذية باستخدام الإيبوكسي أو الشمع، ثم خفضها ببطء إلى شبكة من العديد من أسلاك الكربون أو البريليوم/النحاس التي تمر عبر بكرات التوجيه بسرعة 10-25 مترًا في الثانية. يقوم السلك الذي يتم تشغيله بالماس أو الأسلاك التي يتم تغذيتها بالملاط بطحن المادة التي يمر من خلالها، وتقسيمها إلى مئات الرقائق في عملية واحدة. يتم تدوير المبردات المستمرة أثناء النشر لمنع تراكم الحرارة، ولحمل الحطام بعيدًا.

بمجرد نشر أشباه الموصلات إلى رقائق، تستمر المعالجة عن طريق التنظيف واللف والتلميع، وبعد ذلك يمكن استخدام الرقاقة كركيزة لتصنيع الأجهزة.

كيف يضمن المنشار متعدد الأسلاك سمك الرقاقة بشكل ثابت؟

يعتمد سمك الرقاقة المتسق على 3 أنظمة تحكم لتحقيق سمك قابل للتكرار. أولاً، يمنع التحكم في شد السلك ذو الحلقة المغلقة الشد الزائد أو الترهل لامتدادات الأسلاك المختلفة أثناء العملية. ثانيًا، يمنع سائل التبريد الذي يتم التحكم في درجة حرارته (عادةً ما يكون دقيقًا في حدود 0.5 درجة مئوية) تمدد شبكة السلك ومجموعات بكرات التوجيه بسبب الحرارة.

ثالثًا، يتم استخدام بكرات توجيه موثوقة ومتباعدة بدقة، مع دقة خطوة أخدود أقل من 2 متر، لتباعد الأسلاك الفردية بدقة. تم دمج جميع هذه الأنظمة لتحقيق TTV أقل من 10 أمتار في الإنتاج وأقل من 5 أمتار في منشار سلكي متعدد الدقة.

ما هي المواد التي يمكن قطعها بمنشار متعدد الأسلاك إلى جانب السيليكون؟

المواد: SiC، الياقوت، GaAs، GaN، الكوارتز، السيراميك، الجرافيت، الزجاج البصري وما إلى ذلك.. يتم استخدام الأسلاك الماسية لأصعب الركائز، بينما يستخدم الملاط غالبًا للمركبات III-V الأكثر ليونة.

ما هو العمر النموذجي لسلك القطع؟

يعتمد العمر الجيد لسلك الماس على صلابة المادة التي يتم قطعها وقطر السلك. في حالة سبائك السيليكون، ستقوم بكرة واحدة من سلك الماس (قطرها عمومًا 80-120 مم) بقطع 800-1500 رقاقة حيث ينخفض قطر حبيبات الماس إلى ما دون مستوى القطع الفعال. في حالة SiC، قد يصل عمر سلك الماس إلى 200-400 رقاقة لكل بكرة سلك بسبب الصلابة الشديدة للمادة (Mohs 9.5).

تتمثل الممارسة الجيدة عمومًا في ترجمة السلك كل 8-10 ساعات من القطع النشط والتحكم بشكل صحيح في التوتر. سيستخدم بعض المنتجين نظام إدارة الأسلاك الماسية (DWMS) الذي يراقب إجمالي تآكل الأسلاك في الوقت الفعلي ويوفر تحذيرًا للعمل قبل أن يكون احتمال إطلاق الأسلاك مرتفعًا.

هل يمكن دمج المناشير السلكية المتعددة في خطوط الإنتاج الحالية؟

نعم. تعمل جميع آلات المناشير متعددة الأسلاك الحديثة تقريبًا على تسهيل بروتوكولات SECS/GEM القياسية الصناعية لنظام MES متكامل جيدًا. تحتوي مناشير DONGHE متعددة الأسلاك على إدخالات/إخراج قابلة للتكوين لقيم الوصفات التي يتم تشغيلها تلقائيًا لتسجيل البيانات.