Serra de fio múltiplo semicondutor: princípio de trabalho, especificações e guia de seleção

O que é uma serra semicondutora multifio e como funciona?

Uma serra de fio múltiplo semicondutor é uma máquina de precisão, trabalhando em centenas de fios finos paralelos esticados através de um conjunto de rolos guia ranhurados para cortar simultaneamente um único lingote em uma infinidade de wafers Uma serra de fio múltiplo difere de uma serra de fio único (single-wire) que produz 1 wafer a time (a multi-wire saw pode conter entre 500-2000 vãos de fio em uma única teia de fio, produzindo 300 ou mais fatias por ciclo.

Como funciona uma serra de fio múltiplo é simples Um fio contínuo (fio revestido com diamante ou arame nu alimentado com pasta abrasiva) é enrolado em torno de um ou mais rolos guia de arame, formando um “web” paralelo de arames de serragem através da peça de trabalho O lingote é mantido na teia de arame por uma mesa de alimentação utilizando um adesivo epóxi para montá-lo com segurança A taxa de alimentação é controlada e, à medida que a teia de arame prossegue a taxas entre 10-25 metros por segundo, o arame abrasivamente desgasta seu caminho através da peça de trabalho para produzir bolachas com características uniformes e pouco material desperdiçado.

Cinco componentes principais definem a arquitetura da máquina:

• Rolos guia de fio (cilindros de precisão moídos) com microranhuras direcionando o passo do fio (precisão ±2 µm)
• Web do fio a disposição dos fios de corte paralelos corretamente e dos fios tensionados dentro
• A tabela de alimentação (feed table) que mantém o trabalho apresenta taxas de alimentação tão baixas quanto 0,2 mm por minuto (silício)
• Sistema de refrigeração (coolant system) fornecendo fluido com temperatura controlada para a zona de corte, lavando detritos e removendo a carga térmica
• Unidade de controle de tensão (garantindo tensão consistente em todos os vãos do fio para evitar flacidez ou quebra

Esta técnica de corte paralelo é o princípio comum a toda tecnologia de corte em cunha; esta característica torna a serragem de fio múltiplo o padrão reconhecido da indústria tanto na fabricação de semicondutores quanto na produção de células solares.

Fio de diamante vs. Slurry: dois métodos de corte comparados

Para serras de fio único de fabricação de semicondutores, use entre 4-6 horas para cortar um lingote de 200 mm que produz um wafer. Uma serra multifio executa todo esse ciclo simultaneamente para produzir centenas de fatias no mesmo período.

Existem dois métodos principais de fatiamento de wafer usando um único fio ou um número maior de fios mais finos: serragem com fio diamantado, DWS e serragem com fio à base de polpa, SWS. A tabela a seguir é uma comparação dos dois com base em dados reais de produção.

DWS é agora citado como a tecnologia premier para a fabricação de wafer de silício e carboneto de silício Foi demonstrado no artigo publicado na Procedia Manufacturing que DWS oferece uma alternativa mais sustentável ao corte à base de chorume, em dar significativamente menos desperdício de material e um impacto ambiental minimizado Assim, em comparação com o corte à base de chorume, a maior produtividade (2-3 x rendimento mais rápido) e menor perda de kerf pode se traduzir diretamente em muito mais wafers sendo recolhidos a partir do valor de cada lingote de matéria-prima semicondutor precioso Isso tem que ser um benefício lucrativo.

O corte baseado em pasta continua sendo o método dominante usado para semicondutores de componentes GaAs e InP são mais macios e frágeis que o silício, e a ação livre-abrasiva da pasta produz menos danos subterrâneos nesses materiais Para aplicações de vidro óptico, a pasta também fornece o acabamento superficial mais suave necessário para reduzir as etapas de polimento pós-corte.

Principais especificações que afetam a qualidade do wafer

DONGHE oferece multi fio viu equipamento suportando ambas as aplicações, pasta e fio de diamante.

Uniformidade da tensão do fio (além de toda a teia de fio) é o único fator mais importante que afeta a qualidade da bolacha Usando a medição da força do fio em um sistema de controle de tensão de circuito fechado, a tensão ao longo de toda a teia de fio deve ser medida e a regulação com o alongamento do fio e as mudanças térmicas são conduzidas Caso contrário, a variação de espessura entre as extremidades da teia de fio pode ser geralmente superior a 20 m (o que está bem fora da especificação SEMI M1 na categoria de bolacha de silício polido).

Ao selecionar uma serra de fio diamantado para fatiar semicondutores, é importante verificar se a máquina possui um sistema de controle de tensão de circuito fechado, um refrigerante que é controlado com precisão de 0,5 C e rolos guia com precisão de passo inferior a 2 m.

Materiais um Multi Wire Saw Can Process

As serras de fio múltiplo são equipamentos versáteis projetados para cortar muitos dos itens mais duros e difíceis de usinar no espaço da engenharia, eletrônica, processamento fotovoltaico e indústria cerâmica avançada Os itens listados abaixo são os principais módulos e materiais de aplicação.

• Silício (mono - e policristalino) silício é a base de células solares e wafers semicondutores Ambos os lingotes mono - e poli-silício são especificados como padrão.
• Semicondutores de potência de carboneto de silício (SiC) e inversores de veículos elétricos A natureza extremamente dura do SiC (Mohs 9.5) coloca o fio diamantado como o único fio de corte adequado Os analistas de mercado prevêem que a demanda de wafers de SiC crescerá de 1,69 bilhão de dólares americanos em 2025 para 6,4 bilhões de dólares americanos em 2032 com um CAGR de 21,3%.
• Substratos de safira & janelas ópticas Fio de diamante necessário no abrasivo devido a Mohs 9.
• Nitreto de gálio (GaN) Dispositivos de RF eletrônica de potência e semicondutores compostos.
• Transmissões ópticas & telecom do arsenieto de gálio (GaAs).Normalmente cortadas com fio da pasta, a fim reduzir dano de superfície.
• Componentes e ressonadores de quartzo.
• Cerâmica técnica alumina, zircônia, piezocerâmica industrial, médica.
• Grafite e componentes do cadinho.
• Lentes de vidro óptico de precisão e peças em bruto de prisma.

A crescente demanda por SiC em módulos de energia EV e GaN na infraestrutura 5 G induziu mais e mais equipamento de serra multi-fio sendo implementadas para estas aplicações, as máquinas oferecidas pela DONGHE são todas configuradas para processamento de silício, SiC, safira e cerâmica, com possibilidades de ajuste de tensão do fio e taxa de alimentação para cada tipo de materiais.

Desafios comuns e como resolvê-los

O corte de serra de arame em escala de produção introduz três problemas comuns Cada um é facilmente diagnosticado com causas profundas conhecidas, contra as quais as soluções de engenharia podem ser testadas.

1. quebra de fio

Quebra de fio Ocorre quando o fio se encaixa, parando imediatamente o corte em segundos, para arruinar todo o lote As fontes incluem picos de tensão, causados por correias de transmissão desgastadas, fluxo desalinhado de refrigerante na entrada do fio ou fadiga do fio devido ao aquecimento e torção A pesquisa sobre efeitos de desgaste da serra de fio (PMC) afirma que, à medida que a areia de diamante se esgota, a taxa de desgaste segue uma contagem proporcional usando curva do número de polegadas cortadas pelo fio em uma determinada corrida, partes do fio podem ser programadas antes da falha catastrófica.

Soluções: Instale um sistema de gerenciamento de fio diamantado (DWMS) para medir o desgaste em tempo real Corte com menor taxa de alimentação de entrada para os primeiros 5 mm de profundidade Verifique a tensão da correia de transmissão a cada 3 meses Registre a tensão do fio e registre quaisquer picos maiores que 51TP3 T de ponto de ajuste.

2. Danos Subsuperficiais (SSD)

Danos sub-superfície (SSD).Ocorre quando micro-rachaduras se estendem por baixo da superfície superior da bolacha em 1-30 m. Os fatores contribuintes incluem excesso de taxa de alimentação, grão de diamante grosso e vibração O processamento eletrônico subsequente requer moagem extra, lapidação e polimento, levando a custos mais elevados e rendimentos mais baixos se a camada de dano se tornar muito profunda.

Soluções: Reduzir a taxa de alimentação ao cortar materiais frágeis (SiC e safira).Use moedores com tamanho de grão mais fino (10-20 m para terminar o corte, 30-40 m para o corte áspero).Garantir que o fluxo de água de resfriamento seja ideal para reduzir a vibração e as tensões térmicas A prática da indústria afirma que o SSD abaixo de 5 m é viável em Si.

Espessura de bolacha 3. inconsistente

A variação na espessura através de um lote pode ser causada pela expansão da teia de arame e dos rolos guia, pela distribuição desigual da tensão do arame em muitas trações ou pelo desgaste da ranhura nos rolos guia. A deriva térmica ao longo de 8 a 10 horas de corte contínuo pode deslocar a superfície superior em 5 a 10 m.

Soluções: Resfrie com refrigerante com temperatura controlada com precisão de 0,5 C. Use o controle de tensão do fio de circuito fechado, com vários pontos de medição distribuídos pelo fio Agende a medição mensal e a reafiação das ranhuras dos rolos Gire o fio após cada 8-10 horas de corte ativo.

Como escolher a serra multifio certa

Clique aqui para usar uma lista de verificação para decidir quais especificações você deve escolher para sua máquina de serra de fio múltiplo.

Lista de verificação de seleção:

1. Tipo de material & quittates tipo de fio, g faixa de taxa de alimentação. Fio de diamante dedicado à necessidade de safira e carboneto de silício; Ga requer capacidade de corte de pasta.
2. Tamanho da bolacha Os tamanhos da máquina são classificados para 10 mm, 200 mm ou 300 mm wafer máximo Confirme suas estações de resfriamento e lavagem se encaixam na especificação selecionada.
3. Volume de produção & D grupos precisam de máquinas cortadas lingotes singulares com configuração mínima Os grupos de produção exigem máquinas totalmente automatizadas com alto rendimento e consistência.
4. A máquina deve suportar fios de corte de silício e III-V e corte de pasta se você processar ambos.
5. Auto HMI (controle automatizado de receitas e rede de mensagens de equipamentos) (SECS/GEM) são padrão para ambiente de produção.
6. A compra à vista avalia as políticas de custo nominal de peças em estoque, estoque de peças de reposição e disponibilidade, treinamento de engenheiros e tempo de resposta do suporte técnico Sem investimento excessivo, o custo de tempo de inatividade pode facilmente ser superior a $10.000 por hora na fabricação de semicondutores.

DONGHE (Baseado em Shanghai Donghe Science & Technology Co Ltd.) tem mais de 10 anos de experiência na fabricação de máquinas corte serra fio precisão para a indústria de semicondutores. A DONGHE fornece o equipamento de fabricação e o suporte de engenharia de aplicação para combinar a configuração da máquina com seus requisitos de especificações de materiais e wafer com a certificação CE ISO 9001:2015, 35 patentes e mais de 10.000 incidentes de corte registrados para mais de 300 clientes.

Perguntas frequentes

Qual é o processo de serragem dos semicondutores?

Serrar semicondutores envolve fixar um lingote semicondutor a uma mesa de alimentação com epóxi ou cera, e então baixá-lo lentamente em uma teia de muitos fios de carbono ou berílio/cobre que atravessam rolos guia a 10-25 metros por segundo O fio acionado por diamante ou o fio alimentado por pasta moe a substância através da qual passa, dividindo-a em centenas de bolachas em uma operação Os refrigerantes contínuos circulam durante a serragem para evitar o acúmulo de calor e para transportar detritos.

Uma vez que o semicondutor tenha sido serrado em wafers, o processamento continua por limpeza, lapidação e polimento, após o que o wafer pode ser usado como substrato para a fabricação de dispositivos.

Como uma serra de fio múltiplo garante espessura consistente da bolacha?

A espessura consistente da bolacha depende do sistema de controle 3 para conseguir a espessura repetível Em primeiro lugar, o controle da tensão do fio do fechado-laço impede sobre-tensionamento ou flacidez dos vários vãos do fio durante o processo Em segundo lugar, um líquido de arrefecimento temperatura-controlado (geralmente exato dentro de 0,5 C) impede a expansão da teia do fio e dos grupos do rolo de guia devido ao calor.

Em terceiro lugar, rolos guia confiáveis e espaçados com precisão, com uma precisão de passo de ranhura inferior a 2 m, são usados para espaçar com precisão os fios individuais Todos esses sistemas são integrados para alcançar TTV de menos de 10 m em produção e menos de 5 m em serra de fio multis de alta precisão.

Que materiais uma serra de fio múltiplo pode cortar além do silício?

Materiais: SiC, safira, GaAs, GaN, quartzo, cerâmica, grafite, vidro óptico etc..O fio de diamante é empregado para os substratos mais duros, enquanto a pasta é frequentemente usada para compostos III-V mais macios.

Qual é a vida útil típica do fio de corte?

Boa vida do fio de diamante depende da dureza do material que está sendo cortado e do diâmetro do fio No caso de lingotes de silício, um carretel de fio de diamante (geralmente 80-120 mm de diâmetro) cortará 800-1500 wafers para onde o diâmetro do grão de diamante cai abaixo do nível de corte efetivo No caso do SiC, a vida útil do fio de diamante pode ser tão baixa quanto 200-400 wafers por carretel de fio devido à extrema dureza do material (Mohs 9.5).

A boa prática é geralmente traduzir o fio a cada 8-10 horas de corte ativo e controlar adequadamente a tensão Alguns produtores empregarão um sistema de gerenciamento de fio diamantado (DWMS) que monitora o desgaste total do fio em tempo real e fornece um aviso para operar antes que a probabilidade de tiro de fio seja alta.

As serras de fio múltiplo podem ser integradas em linhas de produção existentes?

Sim. Quase todas as modernas máquinas de serra multi fio facilitam os protocolos SECS/GEM padrão da indústria para um sistema MES bem integrado. As serras multi fios DONGHE configuram E/S para valores de receita autooperados para registro de dados.