كربيد السيليكون الأخضر لقطع أشباه الموصلات
1. الخصائص الأساسية لكربيد السيليكون الأخضر:
يُعد كربيد السيليكون الأخضر (الصيغة الكيميائية SiC) نوعًا عالي النقاء (عادةً ≥ 99%) من كربيد السيليكون. بالمقارنة مع كربيد السيليكون الأسود، فهو أكثر صلابةً وهشاشةً ونقاءً.
صلابة عالية جدًا: بصلابة موس تبلغ حوالي 9.5، تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس ونتريد البورون المكعب (CBN). هذا يجعلها فعالة في قطع وطحن المواد الصلبة والهشة.
•هشاشة عالية: مجهريًا، تتميز جزيئاتها بحواف حادة وتنكسر بسهولة عند تعرضها للإجهاد. هذا يسمح بتوليد حواف قطع حادة جديدة باستمرار أثناء عملية القطع (المعروفة باسم “الشحذ الذاتي”)، مما يحافظ على كفاءة قطع عالية.
• الموصلية الحرارية العالية: تساعد على تبديد الحرارة أثناء عملية القطع، مما يقلل من آثار الإجهاد الحراري على رقاقة السيليكون.
• الاستقرار الكيميائي: في درجة حرارة الغرفة، لا يتفاعل مع الأحماض أو القلويات، مما يضمن عملية قطع نقية ويمنع تلوث مادة السيليكون.
٢. لماذا يُفضّل استخدام كربيد السيليكون الأخضر لقطع أشباه الموصلات؟
يتطلب قطع أشباه الموصلات، وخاصةً تقطيع سبائك السيليكون، متطلبات مادية صارمة للغاية:
١. مادة قطع شديدة الصلابة: على الرغم من هشاشتها، فإن سبائك السيليكون أحادية البلورة صلبة جدًا (حوالي ٦.٥ على مقياس موس). يتطلب القطع الفعال مادة كاشطة أكثر صلابة.
٢. متطلبات دقة وجودة سطح عالية جدًا: يجب أن تكون رقائق السيليكون المقطعة رقيقة للغاية (مثل ١٠٠-٢٠٠ ميكرومتر)، مع الحد الأدنى من الانحناء والالتواء، وطبقة سطحية محمية من التلف. تُمكّن الحافة القاطعة الحادة لكربيد السيليكون الأخضر من قطع دقيق نسبيًا.
٣. الفعالية من حيث التكلفة: على الرغم من أن الماس مادة أكثر صلابة، إلا أن تكلفته أعلى بكثير من تكلفة كربيد السيليكون الأخضر. لقطع مواد السيليكون، يُحقق كربيد السيليكون الأخضر أفضل توازن بين الصلابة والكفاءة والتكلفة.
لذلك، أصبح كربيد السيليكون الأخضر مادة كاشطة لا يمكن الاستغناء عنها في تكنولوجيا قطع الملاط التقليدية.
٣. تطبيق محدد: قطع الملاط الكاشط الحر.
يُعد استخدام كربيد السيليكون الأخضر، وهو من أكثر التطبيقات شيوعًا في قطع أشباه الموصلات، كمادة كاشطة حرة في عملية قطع الأسلاك. تُعرف هذه التقنية باسم “قطع الأسلاك الملاطية”.
مبدأ العمل:
1. يتم لف سلك معدني متحرك عالي السرعة ودقيق للغاية (عادةً سلك البيانو) حول عجلة توجيه لتشكيل شبكة سلكية كثيفة.
2. يتم خلط مسحوق كربيد السيليكون الأخضر (حجم الجسيمات عادة ما يكون بين 5-20 ميكرومتر) مع سائل القطع مثل البولي إيثيلين جلايكول (PEG) لإنشاء عجينة لزجة.
3. يتم ضخ الملاط بشكل مستمر على شبكة الأسلاك المتحركة.
4. يحمل سلك الشبكة الملاط إلى سبيكة السيليكون المغذية.
5. تحت ضغط هائل، تتدحرج جزيئات مسحوق كربيد السيليكون الأخضر الملتصقة بسلك الفولاذ، وتخدش وتقطع سبيكة السيليكون، وتعمل مثل عدد لا يحصى من “الأسنان” الصغيرة، فتكسر مادة السيليكون تدريجيًا، وفي النهاية تقطع السبيكة بأكملها إلى مئات الشرائح الرقيقة في وقت واحد.
4. التطور التكنولوجي الحالي: صعود قطع الأسلاك الماسية وتحديات كربيد السيليكون الأخضر
في السنوات الأخيرة، خضعت صناعات أشباه الموصلات والطاقة الكهروضوئية لتغييرات تكنولوجية كبيرة: حيث حل قطع الأسلاك الماسية (DWS) بسرعة محل قطع الملاط التقليدي.
•المزايا:
سرعة قطع فائقة: أسرع من قطع الملاط بثلاث إلى خمس مرات، مما يُحسّن كفاءة الإنتاج بشكل ملحوظ.
• أكثر مراعاةً للبيئة: يُغني عن استخدام كميات كبيرة من سائل قطع البولي إيثيلين جلايكول ومسحوق كربيد السيليكون، مما يُقلل من النفايات.
