硅片切割質(zhì)量控制的研究

來有東

（蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050）

引言：

硅片是光伏電池的重要組成部分，也是電子產(chǎn)品集成電路中芯片的主要原料，其生產(chǎn)工藝與切割質(zhì)量直接影響到電池與集成芯片的最終質(zhì)量，同時(shí)也影響著光伏電池與電子芯片的總體成本。硅片的生產(chǎn)過程中其質(zhì)量的控制要求十分嚴(yán)格，需要從其切割工藝入手，對(duì)影響切割加工質(zhì)量的各種因素以及重點(diǎn)工序進(jìn)行管控，提高硅片切割質(zhì)量，降低硅片成本。本文通過分析影響硅片切割質(zhì)量的各種因素，并對(duì)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制以及工藝改進(jìn)提出自己的意見，希望對(duì)硅片的加工與生產(chǎn)有所幫助。

一、硅片及其應(yīng)用介紹

硅是半導(dǎo)體材料，在地球上是繼氧元素之后含量最多的元素，儲(chǔ)量十分豐富。在硅中添加特殊的元素可以制成P型與N型半導(dǎo)體，將兩種半導(dǎo)體融合在一起形成PN結(jié)，PN結(jié)半導(dǎo)體是光伏電池的主要組成部分，它可以將輻射的光能轉(zhuǎn)換為電能，當(dāng)前光伏電池是最具潛力的項(xiàng)目之一，其未來發(fā)展前景十分廣闊，由于硅元素在地殼中豐富的儲(chǔ)量，也注定了硅在新能源領(lǐng)域的地位與價(jià)值。另外利用硅元素可以制造出二極、三極管等晶體管，同時(shí)也可以加工出集成電路中的芯片，一個(gè)硅片可以集成千萬個(gè)晶體管，其高度的集成化令人驚嘆，隨著網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展，硅的市場(chǎng)前景會(huì)更加廣闊。

硅片是集成了無數(shù)個(gè)晶體管的片狀材料，利用硅片可以制作太陽能電池，集成電路芯片，其中集成芯片的應(yīng)用十分廣泛：一、微型芯片在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用，利用芯片制造出的超級(jí)電腦，其計(jì)算速度能夠達(dá)到每秒“一萬億”次以上，并具有高速度，高存儲(chǔ)容量的特點(diǎn)。芯片也是中央處理器的主要組成部分，我們通過給電腦輸入指令，電腦即可按指令順序控制機(jī)器人，完成相應(yīng)的操作，智能機(jī)器人在制造業(yè)與工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。二、微型芯片的發(fā)展促進(jìn)了手機(jī)硬件的升級(jí)，當(dāng)前我們使用的手機(jī)，除了具備通話功能，其更像一部小型電腦，無論是上網(wǎng)沖浪、視頻聊天、還是金融支付，越來越豐富的功能方便了人們的日常生活。我國(guó)在芯片制造領(lǐng)域總體水平不如發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)家已經(jīng)將芯片技術(shù)列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略，相信不久的將來我囯也能生產(chǎn)出世界領(lǐng)先的芯片產(chǎn)品[1]。

二、影響硅片加工質(zhì)量的主要因素

硅片有著如此重要的應(yīng)用，越來越受到國(guó)家的重視，但當(dāng)前我們也面臨著諸多問題，這些問題都是影響硅片質(zhì)量，制約硅片成本的重要因素：一、更細(xì)的切割線，硅片越薄，要求切割硅片的線徑越細(xì)，更細(xì)的線徑意味著可以加工更多的硅片，但較細(xì)的線徑切割硅片后容易出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，較大的線徑，硅片切割的厚度將很難降低，影響硅片成本，線徑問題是制約硅片切割的首要問題。二、切割速度，切割速度過快與過慢對(duì)切割質(zhì)量都有影響，更快的切割速度與切割拉力會(huì)產(chǎn)生斷線的風(fēng)險(xiǎn)，影響硅片的切割完整性。只要切割線斷裂，整個(gè)硅片都會(huì)報(bào)廢。三、硅片的表面質(zhì)量，無論是薄硅片還是厚硅片其切割后表面不允許有微小的裂痕，硅片的外觀也不能有破損，這對(duì)硅片的質(zhì)量要求極高，尤其是更薄的硅片，其加工難度非常大，高質(zhì)量硅片是滿足電池與芯片的基本要求[2]。

三、硅片加工過程中的質(zhì)量控制

硅片加工過程中的質(zhì)量控制，主要從優(yōu)化切割工藝入手，選擇合適的線徑，優(yōu)化切割速度，切割拉力，提升切割質(zhì)量：

（一）控制切割速度，采用雙向切割

切割速度是影響硅片切割質(zhì)量的因素之一，在硅片的實(shí)際切割過程中，切割的路徑分為單向與雙向兩種情況，對(duì)一個(gè)方向加工其速度上的把握相對(duì)容易，而雙向切割速度不好把握，但雙向切割其切割質(zhì)量好于單向切割。雙向切割是從起點(diǎn)開始運(yùn)行3秒然后停頓，再反向運(yùn)行相同的時(shí)間，雙向切割速度的把控與切割能力有關(guān)，切割速度越大其切割能力越強(qiáng)，控制切割能力，將速度調(diào)整到剛好可以切割一定厚度的硅片為宜，切割能力過小會(huì)產(chǎn)生切割的裂痕與斷線。反之影響切割厚度[3]。

（二）切割張力與線徑控制

切割硅片的張力與線徑是影響其質(zhì)量的因素，張力過小切割時(shí)間長(zhǎng)，影響效率，表面容易形成痕跡，張力過大速度雖然提高，但斷線的幾率增大，會(huì)造成硅片因?yàn)閿嗑€帶來的整體報(bào)廢。線徑過細(xì)容易斷線，線徑過大容易產(chǎn)生痕跡，在實(shí)際切割過程中，首先要試切，對(duì)線徑與張力進(jìn)行驗(yàn)證，試切要以切割質(zhì)量高，生產(chǎn)效率最大化為原則，通過“試切”確定張力的工藝參數(shù)。

（三）刀具痕跡的控制

硅片在切割過程中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生“線鋸痕跡”的問題，這主要通過調(diào)整切割速度，切割角度，線鋸的清理，優(yōu)化切割工藝加以解決。

（四）使用新型線鋸

隨著科技的進(jìn)步和新材料的應(yīng)用，“新型線鋸”可以滿足更細(xì)的線徑，更快的切割速度，并可以采用更高的拉力，另外新型的線徑可以通過多組切割線同時(shí)加工以提高切割效率，減少設(shè)備數(shù)量，減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員數(shù)量，降低切割成本[4]。

四、結(jié)束語

綜上所述，硅片是重要的電池與集成芯片原料，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目之一。硅片的質(zhì)量與成本與硅片的切割質(zhì)量控制有著緊密的聯(lián)系，切割線徑的大小、加工的速度、使用的拉力是影響硅片質(zhì)量的主要因素，實(shí)際生產(chǎn)加工過程中，在保證質(zhì)量的前提下，通過降低線徑，采用雙向切割，嚴(yán)格控制切割拉力與切割速度，提高硅片切割質(zhì)量。