Carbure de silicium vert pour la découpe de semi-conducteurs
1. Propriétés de base du carbure de silicium vert
Le carbure de silicium vert (formule chimique SiC) est une variante très pure (généralement ≥ 99 %) du carbure de silicium. Comparé au carbure de silicium noir, il est plus dur, plus cassant et d’une pureté supérieure.
Dureté extrêmement élevée : Avec une dureté Mohs d’environ 9,5, elle se classe au deuxième rang après le diamant et le nitrure de bore cubique (CBN). Cela la rend efficace pour la coupe et le meulage des matériaux durs et cassants.
• Fragilité élevée : Ses particules microscopiques présentent des arêtes vives et se brisent facilement sous l’effet de contraintes. Cela permet la génération continue de nouvelles arêtes tranchantes pendant le processus de coupe (auto-affûtage), maintenant ainsi une efficacité de coupe élevée.
• Conductivité thermique élevée : cela aide à dissiper la chaleur pendant le processus de découpe, réduisant ainsi les effets du stress thermique sur la plaquette de silicium.
• Stabilité chimique : à température ambiante, il ne réagit pas avec les acides ou les alcalis, garantissant un processus de coupe pur et empêchant la contamination du matériau en silicium.
2. Pourquoi choisir le carbure de silicium vert pour la découpe des semi-conducteurs ?
La découpe des semi-conducteurs, et notamment des lingots de silicium, impose des exigences de matériaux extrêmement strictes :
1. Matériau de coupe extrêmement dur : Bien que cassants, les lingots de silicium monocristallin sont très durs (environ 6,5 sur l’échelle de Mohs). Une coupe efficace nécessite un abrasif plus dur.
2. Exigences de précision et de qualité de surface extrêmement élevées : les plaquettes de silicium découpées doivent être extrêmement fines (par exemple, 100 à 200 µm), avec un minimum de déformation et de courbure, et une couche de surface présentant des dommages contrôlés. L’arête de coupe vive du carbure de silicium vert permet une coupe relativement fine.
3. Rentabilité : Bien que le diamant soit un matériau plus dur, son coût est nettement supérieur à celui du carbure de silicium vert. Pour la découpe de matériaux à base de silicium, le carbure de silicium vert offre le meilleur compromis entre dureté, efficacité et coût.
Par conséquent, le carbure de silicium vert est devenu un abrasif irremplaçable dans la technologie traditionnelle de découpe par boue.
3. Application spécifique : Découpe par barbotine d’abrasif libre.
L’application la plus classique et autrefois courante du carbure de silicium vert dans la découpe des semi-conducteurs est l’utilisation d’abrasif libre dans le procédé de découpe au fil. Cette technique est appelée « découpe par barbotine d’abrasif ».
Principe de fonctionnement :
1. Un fil métallique extrêmement fin et se déplaçant à grande vitesse (généralement une corde à piano) est enroulé autour d’une roue de guidage pour former une bande de fil dense.
2. La micropoudre de carbure de silicium vert (taille des particules généralement comprise entre 5 et 20 μm) est mélangée à un fluide de coupe tel que le polyéthylène glycol (PEG) pour créer une boue visqueuse.
3. La boue est pompée en continu sur la bande métallique en mouvement.
4. La bande métallique transporte la boue dans le lingot de silicium d’alimentation.
5. Sous une pression énorme, les particules de poudre de carbure de silicium vert attachées au fil d’acier roulent, grattent et coupent le lingot de silicium, agissant comme d’innombrables minuscules « dents », ébréché progressivement le matériau en silicium, coupant finalement le lingot entier en centaines de fines tranches simultanément.
4. Évolution technologique actuelle : l’essor de la découpe au fil diamanté et les défis du carbure de silicium vert
Ces dernières années, les industries des semi-conducteurs et du photovoltaïque ont connu des changements technologiques importants : la découpe au fil diamanté (DWS) remplace rapidement la découpe traditionnelle au slurry.
•Avantages :
•Vitesse de coupe extrêmement rapide : 3 à 5 fois plus rapide que la découpe à la boue, améliorant considérablement l’efficacité de la production.
•Plus respectueux de l’environnement : élimine le besoin de grandes quantités de liquide de coupe PEG et de poudre de SiC, ce qui entraîne moins de déchets.
