Halbleiter-Mehrdraht-Säge: Funktionsprinzip, Spezifikationen und Auswahlhandbuch

Was ist eine Halbleiter-Mehrdraht-Säge und wie funktioniert sie?

Eine Halbleiter-Mehrdrahtsäge ist eine Präzisionsmaschine, die an Hunderten paralleler dünner Drähte arbeitet, die über einen Satz gerillter Führungsrollen gespannt sind, um gleichzeitig einen einzelnen Barren in eine Vielzahl von Wafern zu schneiden. Eine Mehrdrahtsäge unterscheidet sich von einer Eindrahtsäge, die eine Wafersäge 1 Wafer produziert. Eine Mehrdrahtsäge kann zwischen 500-2000 Drahtspannweiten in einer einzelnen Drahtbahn enthalten und pro Zyklus 300 oder mehr Scheiben erzeugen.

Die Funktionsweise einer Mehrdrahtsäge ist einfach. Ein durchgehender Draht (mit Schleifaufschlämmung beschichteter oder blanker Draht) wird um eine oder mehrere Drahtführungsrollen geschlungen und bildet ein paralleles “Netz”aus Sägedrähten über das Werkstück. Der Barren wird von einem Zuführtisch auf die Drahtbahn gehalten, wobei ein Epoxidkleber verwendet wird, um ihn sicher zu montieren. Die Zufuhrrate wird gesteuert, und wenn die Drahtbahn mit Geschwindigkeiten zwischen 10-25 Metern pro Sekunde voranschreitet, verschleißt sich der Draht abrasiv durch das Werkstück, um Wafer mit gleichmäßigen Eigenschaften und wenig verschwendetes Material herzustellen.

Fünf Kernkomponenten definieren die Maschinenarchitektur:

• Drahtführungsrollen – die Präzisions-Erdungszylinder mit Mikrorillen, die die Drahtneigung steuern (Genauigkeit ±2 µm)
• Drahtbahn – die Anordnung paralleler Schneiddrähte und korrekt gespannter Drähte darin
• Vorschubtisch – der Tisch, der das Werkstück hält und Vorschubraten von nur 0,2 mm pro Minute (Silizium) aufweist
• Kühlmittelsystem – Zufuhr temperaturgesteuerter Flüssigkeit in die Schnittzone, Abwaschen von Schmutz und Entfernen thermischer Belastung
• Spannungskontrolleinheit – Gewährleistung einer gleichmäßigen Spannung über alle Drahtspannweiten, um Durchhängen oder Bruch zu vermeiden

Diese Parallelschneidetechnik ist das gemeinsame Prinzip aller Keilschneidetechnologien; Diese Eigenschaft macht das Mehrdrahtdrahtsägen zum anerkannten Industriestandard sowohl in der Halbleiterfertigung als auch in der Solarzellenproduktion.

Diamantdraht vs. Gülle: Zwei Schneidmethoden im Vergleich

Für die Halbleiterherstellung verwenden Eindrahtsägen zwischen 4- und 6 Stunden, um einen 200-mm-Barren zu schneiden, der einen Wafer erzeugt. Eine Mehrdrahtsäge führt diesen gesamten Zyklus gleichzeitig durch, um Hunderte von Scheiben im gleichen Zeitraum zu produzieren.

Es gibt zwei Hauptmethoden zum Waferschneiden mit einem einzigen Draht oder einer größeren Anzahl dünnerer Drähte: Diamantdrahtsägen, DWS- und Schlammdrahtsägen, SWS. Die folgende Tabelle ist ein Vergleich der beiden auf der Grundlage realer Produktionsdaten.

DWS gilt heute als die führende Technologie für die Herstellung von Silizium- und Siliziumkarbidwafern. In dem in Procedia Manufacturing veröffentlichten Artikel wurde gezeigt, dass DWS eine nachhaltigere Alternative zum Schneiden auf Schlammbasis bietet, da es zu deutlich weniger Materialverschwendung und einer minimierten Umweltbelastung führt. Im Vergleich zum Schneiden auf Schlammbasis können die höhere Produktivität (2-3-fach schneller Durchsatz) und der geringere Schnittfugenverlust direkt dazu führen, dass aus dem Wert jedes Barrens wertvoller Halbleiterrohstoffe weitaus mehr Wafer gewonnen werden. Dies muss ein lukrativer Vorteil sein.

Das Schneiden auf Schlammbasis bleibt die vorherrschende Methode für Komponentenhalbleiter. GaAs und InP sind weicher und zerbrechlicher als Silizium, und die frei abrasive Wirkung der Aufschlämmung führt zu weniger Schäden unter der Oberfläche dieser Materialien. Für optische Glasanwendungen liefert die Aufschlämmung auch die glattere Oberflächenbeschaffenheit, die zur Reduzierung der Polierschritte nach dem Schneiden erforderlich ist.

Wichtige Spezifikationen, die sich auf die Waferqualität auswirken

DONGHE bietet Mehrdrahtsägeausrüstung Unterstützung beider Anwendungen, Gülle und Diamantdraht.

Gleichmäßigkeit der Drahtspannung (über die gesamte Drahtbahn hinaus) ist der wichtigste Einzelfaktor, der die Waferqualität beeinflusst Mit Hilfe der Drahtkraftmessung in einem Spannungskontrollsystem mit geschlossenem Regelkreis sollte die Spannung entlang der gesamten Drahtbahn gemessen und eine Regulierung mit der Drahtdehnung und thermischen Veränderungen durchgeführt werden, andernfalls kann die Dickenschwankung zwischen Enden der Drahtbahn normalerweise über 20 m betragen (was weit außerhalb der SEMI M1 Spezifikation in der Kategorie polierter Siliziumwafer liegt).

Bei der Auswahl einer Diamantdrahtsäge zum Aufschneiden von Halbleitern ist zu prüfen, ob die Maschine über ein Spannungsregelsystem mit geschlossenem Regelkreis, ein Kühlmittel, das auf 0,5 C genau gesteuert wird, und Führungsrollen mit einer Nickgenauigkeit von weniger als 2 m verfügt.

Materialien, die eine Mehrdrahtsäge verarbeiten kann

Mehrdrahtsägen sind vielseitige Geräte, die zum Schneiden vieler der härtesten und am schwierigsten zu bearbeitenden Gegenstände in der Maschinenbau-, Elektronik-, Photovoltaikverarbeitungs- und Hochleistungskeramikindustrie entwickelt wurden. Die unten aufgeführten Gegenstände sind die wichtigsten Anwendungsmodule und Materialien.

• Silizium (mono - und polykristallines) Silizium ist die Basis von Solarzellen und Halbleiterwafern, sowohl Mono - als auch Poly-Silizium-Barren sind standardmäßig spezifiziert.
• Siliziumkarbid (SiC) Leistungshalbleiter und Elektrofahrzeugwechselrichter Die extrem harte Natur von SiC (Mohs 9,5) stellt Diamantdraht als einzig geeigneten Schneiddraht fest Die Marktanalysten prognostizieren, dass die Nachfrage nach SiC-Wafern von 1,69 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 auf 6,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2032 mit einer CAGR von 21,31TP3 T wachsen wird.
• Saphir-Substrate & optische Fenster Diamantdraht im Schleifmittel erforderlich aufgrund Mohs 9.
• Galliumnitrid (GaN) HF-Geräte Leistungselektronik und Verbindungshalbleiter.
• Optische und Telekommunikationsübertragungen von Galliumarsenid (GaAs). Normalerweise mit Gülledraht geschnitten, um Oberflächenschäden zu reduzieren.
• Quarz – optische Komponenten und Resonatoren.
• Technische Keramik Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Piezo-Keramik, Industrie, Medizin.
• Graphit und Tiegelkomponenten.
• Optikglas-Gläser und Prismenrohlinge.

Die steigende Nachfrage nach SiC in EV-Strommodulen und GaN in der 5 G-Infrastruktur hat immer mehr induziert Mehrdrahtsägeausrüstung Für diese Anwendungen implementiert werden Von DONGHE angebotene Maschinen sind alle für die Silizium, SiC, Saphir - und Keramikverarbeitung konfiguriert, mit Möglichkeiten zur Einstellung der Drahtspannung und der Vorschubgeschwindigkeit für jede Art von Materialien.

Gemeinsame Herausforderungen und wie man sie löst

Das Schneiden von Drahtsägen im Produktionsmaßstab führt zu drei häufigen Problemen. Bei jedem Problem lassen sich leicht bekannte Grundursachen diagnostizieren, gegen die technische Lösungen getestet werden können.

1. Drahtbruch

Drahtbruch Tritt auf, wenn Draht einrastet und der Schnitt innerhalb von Sekunden sofort gestoppt wird, um die gesamte Charge zu ruinieren. Zu den Quellen gehören Spannungsspitzen, die durch abgenutzte Antriebsriemen, einen falsch ausgerichteten Kühlmittelfluss am Drahteintritt oder Drahtermüdung aufgrund von Erhitzen und Knicken verursacht werden. Untersuchungen zu Drahtsäge-Verschleißeffekten (PMC) besagen, dass bei Erschöpfung des Diamantkorns die Verschleißrate einer proportionalen kurvenverwendenden Zählung der Anzahl von Zoll folgt, die der Draht bei einem bestimmten Lauf durchschneidet, Teile des Drahtes können vor einem katastrophalen Ausfall geplant werden.

Lösungen: Installieren Sie ein Diamantdraht-Management-System (DWMS), um den Verschleiß in Echtzeit zu messen Schneiden Sie mit niedrigerer Eintrittszufuhrrate für die ersten 5 mm Tiefe Überprüfen Sie die Spannung des Antriebsriemens alle 3 Monate. Zeichnen Sie die Drahtspannung auf und protokollieren Sie alle Spitzen, die größer als 51TP3 T des Sollwerts sind.

2. Unterirdischer Schaden (SSD)

Unterirdische Schäden (SSD) Treten auf, wenn Mikrorisse unter der oberen Oberfläche des Wafers um 1-30 m reichen. Zu den beitragenden Faktoren gehören eine übermäßige Zufuhrrate, grober Diamantgrus und Vibration. Die anschließende Elektronikverarbeitung erfordert zusätzliches Schleifen, Läppen und Polieren, was zu höheren Kosten und geringeren Ausbeuten führt, wenn die Schadensschicht zu tief wird.

Lösungen: Reduzieren Sie die Zufuhrrate beim Schneiden spröder Materialien (SiC und Saphir) Verwenden Sie Schleifer mit feinerer Körnung (10-20 m zum Abschluss des Schnitts, 30-40 m zum Rohschnitt).Sichern Sie, dass der Kühlwasserfluss optimal ist, um Vibrationen und thermische Belastungen zu reduzieren. Die Branchenpraxis besagt, dass SSD unter 5 m auf Si machbar ist.

3. Inkonsistente Wafer-Dicke

Schwankungen in der Dicke über eine Charge hinweg können durch die Ausdehnung der Drahtbahn und der Führungsrollen, eine ungleichmäßige Verteilung der Drahtspannung auf viele Züge oder durch Nutverschleiß in den Führungsrollen verursacht werden. Eine thermische Drift über 8-10 Stunden kontinuierlichen Schnitts könnte die Oberseite um 5-10 m verschieben.

Lösungen: Mit temperaturgeregeltem Kühlmittel auf 0,5 C Genauigkeit kühlen Verwenden Sie eine Drahtspannungsregelung mit geschlossenem Kreislauf, wobei mehrere Messpunkte über den Draht verteilt sind Planen Sie die monatliche Messung und das Nachschleifen der Walzenrillen. Drehen Sie den Draht nach alle 8-10 Stunden des aktiven Schneidens.

So wählen Sie die richtige Mehrdrahtsäge aus

Klicken Sie hier, um anhand einer Checkliste zu entscheiden, welche Spezifikationen Sie für Ihre Mehrdrahtsägemaschine wählen sollten.

Auswahl-Checkliste:

1. Materialtyp – diktiert Drahttyp, Körnung und Vorschubgeschwindigkeit. Saphir und Siliziumkarbid benötigen speziellen Diamantdraht; GaAs können eine Schneidkapazität für Gülle erfordern.
2. Wafer-Größe – Maschinengrößen sind für 150 mm, 200 mm oder 300 mm maximalen Wafer-Durchmesser ausgelegt Bestätigen Sie, dass Ihre Kühl- und Waschstationen der ausgewählten Spezifikation entsprechen.
3. Produktionsvolumen – F & E-Gruppen benötigen Maschinen, die singuläre Barren mit minimalem Aufbau schneiden Produktionsgruppen benötigen vollautomatische Maschinen mit hohem Durchsatz und hoher Konsistenz.
4. Die Maschine muss sowohl Silizium- als auch III-V-Schneiddrähte und Gülleschneiden unterstützen, wenn Sie beides verarbeiten.
5. Automatische HMI-Highline-Rezeptsteuerung und Gerätenachrichtennetzwerk (SECS/GEM) sind Standard für die Produktionsumgebung.
6. Spot Buy bewertet nominale Teile- und Reaktionsrichtlinien, Ersatzteilbestände, Ingenieurschulungen, technische Supportzeiten. Ohne übermäßige Investitionen können die Ausfallzeiten in der Halbleiterfertigung leicht mehr als 1 TP4T10.000 pro Stunde betragen.

DONGHE (Basis Shanghai Donghe Science & Technology Co., Ltd) verfügt über mehr als 10 Jahre Erfahrung in der Herstellung von Präzisionsdrahtsäge Schneidemaschinen Für die Halbleiterindustrie. DONGHE bietet sowohl die Fertigungsausrüstung als auch die anwendungsbezogene technische Unterstützung, um die Maschinenkonfiguration an Ihre Anforderungen an Material- und Waferspezifikationen anzupassen, mit ISO 9001:2015 CE-Zertifizierung, 35 Patenten und über 10.000 aufgezeichneten Schnittereignissen für über 300 Kunden.

Häufig gestellte Fragen

Wie ist der Sägeprozess von Halbleitern?

Beim Halbleitersägen wird ein Halbleiterbarren mit Epoxidharz oder Wachs an einem Zufuhrtisch befestigt und dann langsam in eine Bahn aus vielen Kohlenstoff- oder Beryllium-/Kupferdrähten abgesenkt, die mit 10-25 Metern pro Sekunde über Führungsrollen laufen. Diamantgetriebener Draht oder mit Gülle zugeführter Draht schleift an der Substanz, durch die er fließt, weg und teilt sie in einem Arbeitsgang in Hunderte von Wafern. Während des Sägens werden kontinuierliche Kühlmittel zirkuliert, um eine Wärmebildung zu verhindern und Schmutz abzutragen.

Sobald der Halbleiter zu Wafern zersägt wurde, wird die Verarbeitung durch Reinigen, Läppen und Polieren fortgesetzt. Anschließend kann der Wafer als Substrat für die Geräteherstellung verwendet werden.

Wie sorgt eine Mehrdrahtsäge für eine gleichbleibende Waferdicke

Eine gleichbleibende Waferdicke hängt von 3 Steuerungssystemen ab, um eine wiederholbare Dicke zu erreichen. Erstens verhindert die Drahtspannungsregelung mit geschlossenem Regelkreis ein Überspannen oder Durchhängen der verschiedenen Drahtspannweiten während des Prozesses. Zweitens verhindert ein temperaturgesteuertes Kühlmittel (normalerweise genau auf 0,5 C genau) eine Ausdehnung der Drahtbahn und der Führungsrollensätze aufgrund von Hitze.

Drittens werden zuverlässige und genau beabstandete Führungsrollen mit einer Rillenabstandsgenauigkeit von weniger als 2 m verwendet, um die einzelnen Drähte genau zu platzieren. Alle diese Systeme sind integriert, um einen TTV von weniger als 10 m in der Produktion und weniger als 5 m in der hochpräzisen Multis-Drahtsäge zu erreichen.

Welche Materialien kann eine Mehrdrahtsäge neben Silizium schneiden?

Materialien: SiC, Saphir, GaAs, GaN, Quarz, Keramik, Graphit, optisches Glas usw. Für die härtesten Substrate wird Diamonddraht verwendet, während für weichere III-V-Verbindungen häufig Aufschlämmung verwendet wird.

Wie hoch ist die typische Lebensdauer des Schneiddrahtes?

Eine gute Lebensdauer des Diamantdrahts hängt von der Härte des zu schneidenden Materials und dem Durchmesser des Drahtes ab. Bei Siliziumbarren schneidet eine Spule Diamantdraht (im Allgemeinen 80-120 mm Durchmesser) 800-1500 Wafer aus, bis der Durchmesser des Diamantkorns unter das effektive Schneidniveau fällt. Im Fall von SiC kann die Lebensdauer des Diamantdrahts aufgrund der extremen Härte des Materials nur 200-400 Wafer pro Drahtspule betragen (Mohs 9,5).

Gute Praxis ist im Allgemeinen, den Draht alle 8-10 Stunden des aktiven Schneidens zu verschieben und die Spannung richtig zu steuern. Einige Hersteller verwenden ein Diamantdrahtmanagementsystem (DWMS), das den gesamten Drahtverschleiß in Echtzeit überwacht und eine Warnung für den Betrieb bereitstellt, bevor die Wahrscheinlichkeit eines Drahtschusses hoch ist.

Können Mehrdrahtsägen in bestehende Produktionslinien integriert werden?

Ja. Fast alle modernen Mehrdrahtsägemaschinen erleichtern die branchenüblichen SECS/GEM-Protokolle für ein gut integriertes MES-System. DONGHE-Mehrdrahtsägen verfügen über konfigurierbare E/A für automatisch betriebene Rezeptwerte für die Datenprotokollierung.