岛国精品在线观看-岛国精品在线-岛国大片在线免费观看-岛国大片在线观看完整版-日本老师xxxx88免费视频-日本久久综合网

摘要：隨著全球各國綠色能源的推廣和近年來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的超常規(guī)發(fā)展，硅片市場的供需已極度不平衡，切割加工能力的落后和產(chǎn)能的嚴(yán)重不足已構(gòu)成了產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸。作為硅片(晶圓) 上游生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，近年來崛起的新型硅片多絲切割技術(shù)具有切割表面質(zhì)量高、切割效率高和可切割大尺寸材料、方便后續(xù)加工等特點(diǎn)。由于驅(qū)動研磨液的切割絲在加工中起重要作用，與刀損和硅片產(chǎn)出率密切關(guān)聯(lián)，故對細(xì)絲多絲切割的研究具有迫切與深遠(yuǎn)的意義。

關(guān)鍵詞：晶圓，多絲切割，細(xì)絲，產(chǎn)出率，切削量

0 引言：

     硅片切割是電子工業(yè)主要原材料一硅片(晶圓)生產(chǎn)的上游關(guān)鍵技術(shù)，切割的質(zhì)量與規(guī)模直接影響到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的后續(xù)生產(chǎn)。在電子工業(yè)中，對硅片的需求主要表現(xiàn)在太陽能光伏發(fā)電和集成電路等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上。

     光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體材料光生伏打效應(yīng)原理直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。資料顯示，太陽能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)80萬千瓦，假如把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.6×1012千瓦小時(shí)，相當(dāng)于目前世界上能耗的40倍。隨著全球礦物資源的迅速消耗，人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，充分利用太陽的綠色能源被高度重視（圖1.1為近年來全球太陽能電池產(chǎn)量），發(fā)展勢頭及其迅猛。

      晶體硅片是制作光伏太陽能電池的主要材料，每生產(chǎn)1MW的太陽能電池組件需要17噸左右的原料。Clean Edge 預(yù)計(jì)，全球太陽能發(fā)電市場的規(guī)模將從2005年的110億美元猛進(jìn)增到2015年的510億美元，以芯片著名的“硅谷”將被“太陽谷”所取代。顯然太陽能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展需要更多的硅原料及切割設(shè)備來支撐。

      除太陽能電池外，硅片的巨大需求同樣表現(xiàn)在集成電路等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上。硅占整個(gè)半導(dǎo)體材料的95%以上，單晶硅片是半導(dǎo)體器件生產(chǎn)的關(guān)鍵性基材，是當(dāng)之無愧的電子產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)支撐材料。2005年我國集成電路產(chǎn)業(yè)消耗的電子級多晶硅約1000噸，太陽能電池多晶硅約1400噸；2006年，我國集成電路產(chǎn)業(yè)消耗的電子級多晶硅約1200噸，太陽能電池多晶硅約3640噸。預(yù)計(jì)到2010年，電子級多晶硅年需求量將達(dá)到約2000噸，光伏級多晶硅年需求量將達(dá)到約4200噸。隨著全球各國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，綠色能源的推廣和近年來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的超常規(guī)發(fā)展，硅片市場的供需已極度不平衡。硅原料的供不應(yīng)求，切割加工能力的落后和嚴(yán)重不足構(gòu)成了產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸，嚴(yán)重阻礙了我國太陽能和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，未來的3至5年間，將是中國晶硅產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的黃金時(shí)期。

1硅片切割的常用方法：

      硅片加工工藝流程一般經(jīng)過晶體生長、切斷、外徑滾磨、平邊、切片、倒角、研磨、腐蝕、拋光、清洗、包裝等階段。近年來光伏發(fā)電和半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展對硅片的加工提出了更高的要求(圖1.2)：一方面為了降低制造成本，硅片趨向大直徑化。另一方面要求硅片有極高的平面度精度和極小的表面粗糙度。所有這些要求極大的提高了硅片的加工難度，由于硅材料具有脆、硬等特點(diǎn)，直徑增大造成加工中的翹曲變形，加工精度不易保證。厚度增大、芯片厚度減薄造成了材料磨削量大、效率下降等。

      硅片切片作為硅片加工工藝流程的關(guān)鍵工序，其加工效率和加工質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)硅片生產(chǎn)的全局。對于切片工藝技術(shù)的原則要求是：①切割精度高、表面平行度高、翹曲度和厚度公差小。②斷面完整性好，消除拉絲、刀痕和微裂紋。③提高成品率，縮小刀(鋼絲)切縫，降低原材料損耗。④提高切割速度，實(shí)現(xiàn)自動化切割。

      目前，硅片切片較多采用內(nèi)圓切割和自由磨粒的多絲切割(固定磨粒線鋸實(shí)質(zhì)上是一種用線性刀具替代環(huán)型刀具的內(nèi)圓切割)。內(nèi)圓切割是傳統(tǒng)的加工方法（圖1.3a），材料的利用率僅為40％～50％左右；同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)限制，內(nèi)圓切割無法加工200mm以上的大中直徑硅片。

                          （a）為內(nèi)圓切割                      （b）為多絲切割
                                 圖1.3 多絲切割與內(nèi)圓切割原理示意圖

      多絲切割技術(shù)是近年來崛起的一項(xiàng)新型硅片切割技術(shù)，它通過金屬絲帶動碳化硅研磨料進(jìn)行研磨加工來切割硅片（圖1.3b）。和傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割相比，多絲切割具有切割效率高、材料損耗小、成本降低(日進(jìn)NWS6X2型6” 多絲切割加工07年較內(nèi)圓切割每片省15元)、硅片表面質(zhì)量高、可切割大尺寸材料、方便后續(xù)加工等特點(diǎn)(見表1.1)。

圖1.4：線鋸切割斷面的幾何參數(shù)[NextPage]

      在上游原材料加工產(chǎn)能受限的今天，一方面由于多絲切割的刀損（圖1.4）在材料加工損耗中占有較大的比例（有時(shí)可達(dá)到50%以上），且材料的切屑粒微小、共存于研磨液中，造成切割效率下降。另一方面由于將研磨粒與其分離成本較高，實(shí)施較難。故減小晶片的厚度（提高單位材料的產(chǎn)出率），減小切割的刀損（提高原材料的利用率），提高磨粒的利用率（降低加工成本），已成為迫切的要求。EPIA國際委員會統(tǒng)計(jì)分析后給出的預(yù)言指出，未來的15年內(nèi)，晶片的厚度和切割絲直徑將減少一半（表1.2）。

表1.2： EPIA國際委員會統(tǒng)計(jì)分析后給出的預(yù)言

如以目前用的切割絲直徑d分析（設(shè)刀損為2*d，硅碇總長度為L，晶圓厚度為H），可得以下計(jì)算公式：
 1硅片產(chǎn)出率：
d mm鋼絲：切割晶片數(shù)=
mm鋼絲：切割晶片數(shù)=
單一硅錠的產(chǎn)出率變化：

 2硅片切削量：
dmm鋼絲：切削量=切割晶片數(shù)
mm鋼絲：切削量=切割晶片數(shù)
單一硅錠的切削量變化：

 3切割鋼絲張力：
dmm鋼絲：鋼絲截面積
mm鋼絲：鋼絲截面積
由于鋼絲張力比=鋼絲截面積比；
張力變化：
     得到結(jié)論：鋼絲的張力-75%

      以NISSIN的NWS6×2型多絲切割機(jī)為例，可同時(shí)并列一次切割2支6”（Φ152mm x 230mm）的硅晶棒或1支12” 的硅晶棒，采用0.16mm的鋼絲，實(shí)際加工測得的絲損約為0.02mm，切割晶片厚度為0.2mm共900余片（或450余片）。如將鋼絲由0.16mm 減至0.08mm（刀損設(shè)定為直徑*2），根據(jù)上述公式，可得如下結(jié)果：
單一硅錠的產(chǎn)出率變化：
單一硅錠的切削量變化：
張力變化：

      由此可見，當(dāng)切割硅碇的鋼絲直徑減半后（由原來的Φ0.16mm 減至Φ0.08mm），單一硅碇的硅片產(chǎn)量將提高44.4%，切削量將下降－27.8%，切割絲控制張力按要求下降－75％，單位硅材料的損耗將大幅下降，晶圓的產(chǎn)出率大幅提高。因此細(xì)絲線鋸是眾多學(xué)者努力的方向，對細(xì)絲多絲切割的研究具有迫切與深遠(yuǎn)的意義。

3 結(jié)論：

      硅片切割是電子工業(yè)主要原材料一硅片(晶圓)生產(chǎn)的上游關(guān)鍵技術(shù)，切割的質(zhì)量與規(guī)模直接影響到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的后續(xù)生產(chǎn)。在電子工業(yè)中，對硅片的需求主要表現(xiàn)在太陽能光伏發(fā)電和集成電路等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上。隨著全球各國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，綠色能源的推廣和近年來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的超常規(guī)發(fā)展，硅片市場的供需已極度不平衡。

      多絲切割作為一種先進(jìn)的切割技術(shù)，目前已逐漸取代傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割成為硅片切片加工的主要切割方式。由于驅(qū)動研磨液的切割絲在加工中起重要作用，與刀損和硅片產(chǎn)出率密切關(guān)聯(lián)，減小切割絲的直徑將使硅材料的損耗大幅下降，使單位材料晶圓的產(chǎn)出率大幅提高。故對細(xì)絲多絲切割的研究具有迫切與深遠(yuǎn)的意義。(上海大學(xué)機(jī)電工程與自動化學(xué)院    程志華 , 李秀雯， 裴仁清)