nieuws

Diamantdraadsnijden wordt ook wel consolidatieslijpsnijden genoemd. Hierbij wordt diamantslijpmiddel, gegalvaniseerd of met hars gebonden, op het oppervlak van een staaldraad aangebracht. De diamantdraad slijpt vervolgens direct op het oppervlak van een siliciumstaaf of -blok om te slijpen en zo een snij-effect te bereiken. Diamantdraadsnijden kenmerkt zich door een hoge snijsnelheid, grote snijprecisie en een laag materiaalverlies.

De markt voor monokristallijne siliciumwafers die met diamantdraad worden gesneden, is momenteel volledig geaccepteerd. Tijdens de ontwikkeling ervan is echter het probleem van fluweelwitte aanslag het meest voorkomende. Dit artikel richt zich daarom op het voorkomen van dit probleem.

Het reinigingsproces van met diamantdraad gesneden monokristallijne siliciumwafers omvat het verwijderen van de door de draadzaagmachine gesneden siliciumwafer van de harsplaat, het verwijderen van de rubberen strip en het reinigen van de siliciumwafer. De reinigingsapparatuur bestaat hoofdzakelijk uit een voorreinigingsmachine (ontgommachine) en een reinigingsmachine. Het belangrijkste reinigingsproces van de voorreinigingsmachine is: invoeren-besproeien-besproeien-ultrasoon reinigen-ontgommen-spoelen met schoon water-onderinvoeren. Het belangrijkste reinigingsproces van de reinigingsmachine is: invoeren-spoelen met zuiver water-spoelen met zuiver water-alkalisch wassen-alkalisch wassen-spoelen met zuiver water-spoelen met zuiver water-voorontwatering (langzaam optillen)-drogen-invoeren.

Het principe van het maken van fluweel van enkelkristallen

Monokristallijne siliciumwafels vertonen anisotrope corrosie. Het reactieprincipe wordt weergegeven door de volgende chemische reactievergelijking:

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

In essentie verloopt het vormingsproces van suède als volgt: een NaOH-oplossing corrodeert met verschillende snelheden op verschillende kristaloppervlakken. De corrosiesnelheid van het (100)-oppervlak is hoger dan die van het (111)-oppervlak. Na anisotrope corrosie van het (100)-oppervlak op de monokristallijne siliciumwafer ontstaat uiteindelijk een vierzijdige kegel op het (111)-oppervlak, oftewel een "piramide"-structuur (zie figuur 1). Nadat de structuur is gevormd, wordt licht dat onder een bepaalde hoek op de helling van de piramide valt, gereflecteerd door de helling onder een andere hoek. Dit zorgt voor secundaire absorptie en vermindert de reflectiviteit van het oppervlak van de siliciumwafer, oftewel het lichtvangsteffect (zie figuur 2). Hoe groter en uniformer de "piramide"-structuur, hoe sterker het vangsteffect en hoe lager de oppervlakte-emissie van de siliciumwafer.

Figuur 1: Micromorfologie van een monokristallijne siliciumwafel na alkalische productie.

Figuur 2: Het lichtvangprincipe van de "piramide"-structuur

Analyse van het bleken van een enkel kristal

Door middel van een scanningelektronenmicroscoop werd op de witte siliciumwafer vastgesteld dat de piramidevormige microstructuur van de witte wafer in dat gebied vrijwel niet gevormd was en dat het oppervlak een laagje "wasachtig" residu leek te hebben, terwijl de piramidevormige structuur van het fluweel in het witte gedeelte van dezelfde siliciumwafer beter gevormd was (zie Figuur 3). Als er residuen op het oppervlak van een monokristallijne siliciumwafer aanwezig zijn, zal het oppervlak een restgebied met een "piramidevormige" structuur hebben waarvan de grootte en uniformiteit onvoldoende zijn en die het effect van het normale gebied onvoldoende is. Dit resulteert in een restgebied met een fluweelachtige structuur dat een hogere reflectiviteit heeft dan het normale gebied. Het gebied met een hoge reflectiviteit wordt visueel als wit gereflecteerd. Zoals te zien is aan de vorm van de witte gebieden, is deze niet regelmatig of gelijkmatig verdeeld over een groot gebied, maar slechts lokaal. Dit duidt erop dat de lokale verontreinigingen op het oppervlak van de siliciumwafer niet zijn verwijderd, of dat de oppervlakteconditie van de siliciumwafer wordt veroorzaakt door secundaire verontreiniging.

Figuur 3: Vergelijking van regionale microstructuurverschillen in fluweelwitte siliciumwafers

Het oppervlak van de met diamantdraad bewerkte siliciumwafel is gladder en de beschadigingen zijn kleiner (zoals weergegeven in Figuur 4). In vergelijking met de met mortel bewerkte siliciumwafel is de reactiesnelheid van de alkali op het oppervlak van de met diamantdraad bewerkte siliciumwafel langzamer dan die van de met mortel bewerkte monokristallijne siliciumwafel, waardoor de invloed van oppervlakteresten op het fluweeleffect duidelijker is.

Figuur 4: (A) Oppervlaktemicrofoto van een met mortel gesneden siliciumwafel (B) oppervlaktemicrofoto van een met diamantdraad gesneden siliciumwafel

De belangrijkste restbron van diamantdraadgesneden siliciumwafeloppervlak

(1) Koelvloeistof: de belangrijkste componenten van koelvloeistof voor diamantdraadsnijden zijn oppervlakteactieve stoffen, dispergeermiddelen, schuimremmers en water en andere componenten. Een snijvloeistof met uitstekende prestaties heeft een goede suspensie, dispersie en is gemakkelijk te reinigen. Oppervlakteactieve stoffen hebben doorgaans betere hydrofiele eigenschappen, waardoor ze gemakkelijk te verwijderen zijn tijdens het reinigingsproces van de siliciumwafel. Het continu roeren en circuleren van deze additieven in het water produceert een grote hoeveelheid schuim, wat resulteert in een verminderde koelvloeistofstroom, waardoor de koelprestaties worden beïnvloed en ernstige schuimvorming en zelfs schuimoverloop kunnen ontstaan, wat het gebruik ernstig kan belemmeren. Daarom wordt de koelvloeistof meestal aangevuld met een schuimremmer. Om de schuimremming te garanderen, worden traditionele siliconen en polyethers gebruikt, die doorgaans een slechte hydrofiliteit hebben. Het oplosmiddel in water adsorbeert zeer gemakkelijk en blijft achter op het oppervlak van de siliciumwafel tijdens de daaropvolgende reiniging, wat leidt tot het probleem van witte vlekken. Het is niet goed compatibel met de hoofdcomponenten van de koelvloeistof. Daarom moet het uit twee componenten bestaan: de hoofdcomponenten en een antischuimmiddel, die aan water worden toegevoegd. Tijdens het gebruik, afhankelijk van de schuimvorming, is het gebruik en de dosering van het antischuimmiddel niet kwantitatief te controleren. Dit kan gemakkelijk leiden tot een overdosering van het antischuimmiddel, wat resulteert in een toename van residuen op het oppervlak van de siliciumwafels. Bovendien is het gebruik ervan onhandiger. Vanwege de lage prijs van grondstoffen en antischuimmiddelen gebruiken de meeste binnenlandse koelvloeistoffen echter deze formule. Een andere koelvloeistof gebruikt een nieuw antischuimmiddel dat goed compatibel is met de hoofdcomponenten, geen toevoegingen vereist, de hoeveelheid effectief en kwantitatief kan worden gecontroleerd en overmatig gebruik effectief kan worden voorkomen. Het gebruik is ook zeer eenvoudig. Met een correct reinigingsproces kunnen de residuen tot een zeer laag niveau worden beperkt. In Japan en enkele binnenlandse fabrikanten wordt deze formule toegepast. Vanwege de hoge grondstofkosten is het prijsvoordeel echter niet duidelijk.

(2) Lijm- en harsversie: in de latere fase van het diamantdraadsnijproces is de siliciumwafer nabij het ingangseinde al doorgesneden. De siliciumwafer aan het uitgangseinde is nog niet doorgesneden. De diamantdraad is al begonnen met het doorsnijden van de rubberlaag en de harsplaat. Omdat zowel de lijm voor de siliciumstaaf als de harsplaat epoxyharsproducten zijn met een smeltpunt tussen 55 en 95 °C, kan de rubberlaag of harsplaat tijdens het snijproces gemakkelijk opwarmen, smelten en zacht worden. Hierdoor hecht de draad zich aan het oppervlak van de siliciumwafer, waardoor het snijvermogen van de diamantdraad afneemt. Of de siliciumwafers raken vervuild met hars, wat, eenmaal gehecht, zeer moeilijk te verwijderen is. Dergelijke vervuiling treedt meestal op nabij de rand van de siliciumwafer.

(3) Siliciumpoeder: tijdens het snijden met een diamantdraad ontstaat er veel siliciumpoeder. Naarmate het snijden vordert, neemt het poedergehalte in de koelvloeistof toe. Wanneer het poeder groot genoeg is, hecht het zich aan het siliciumoppervlak. De grootte van het siliciumpoeder tijdens het snijden met een diamantdraad maakt het gemakkelijker om zich aan het siliciumoppervlak te hechten, waardoor het moeilijk te verwijderen is. Daarom is het belangrijk om de koelvloeistof regelmatig te verversen en de kwaliteit ervan te waarborgen, en het poedergehalte in de koelvloeistof te verlagen.

(4) Reinigingsmiddel: De huidige fabrikanten van diamantdraadsnijden gebruiken meestal tegelijkertijd mortelsnijden, waarbij mortelsnijden meestal een voorwas-, reinigings- en reinigingsproces, enz. gebruikt. De technologie voor diamantdraadsnijden, van het snijmechanisme tot een complete productielijn, verschilt aanzienlijk van koelvloeistof- en mortelsnijden. Daarom moeten het reinigingsproces, de dosering en de samenstelling van het reinigingsmiddel worden aangepast aan de diamantdraadsnijtechniek. Het reinigingsmiddel is een belangrijk aspect. De standaardformule voor reinigingsmiddelen bevat oppervlakteactieve stoffen en is niet geschikt voor het reinigen van siliciumwafers die met diamantdraadsnijden zijn bewerkt. Er moet een reinigingsmiddel worden gebruikt dat specifiek is afgestemd op het oppervlak van de siliciumwafers die met diamantdraadsnijden zijn bewerkt, met een specifieke samenstelling en de hoeveelheid resten die op het oppervlak achterblijven. Zoals hierboven vermeld, is een schuimremmer niet nodig bij mortelsnijden.

(5) Water: het water dat vrijkomt bij het snijden met diamantdraad, het voorwassen en het reinigen van overtollig water bevat onzuiverheden die aan het oppervlak van de siliciumwafel kunnen worden geadsorbeerd.

Suggesties om het probleem van wit fluweelhaar te verminderen

(1) Om een ​​koelvloeistof met goede dispersie te gebruiken, en de koelvloeistof moet een schuimremmer met lage residu bevatten om de hoeveelheid residu van de koelvloeistofcomponenten op het oppervlak van de siliciumwafel te verminderen;

(2) Gebruik geschikte lijm en harsplaat om de vervuiling van de siliciumwafel te verminderen;

(3) De koelvloeistof wordt verdund met zuiver water om ervoor te zorgen dat er geen gemakkelijk te verwijderen restverontreinigingen in het gebruikte water aanwezig zijn;

(4) Voor het oppervlak van met diamantdraad gesneden siliciumwafels, gebruik een reinigingsmiddel dat geschikter is voor de activiteit en het reinigende effect;

(5) Gebruik het online terugwinningssysteem voor diamantlijnkoelvloeistof om het gehalte aan siliciumpoeder in het snijproces te verminderen, zodat de resten van siliciumpoeder op het oppervlak van de siliciumwafel effectief worden beheerst. Tegelijkertijd kan dit ook de verbetering van de watertemperatuur, -stroom en -tijd tijdens het voorwassen bevorderen, om ervoor te zorgen dat het siliciumpoeder tijdig wordt weggespoeld.

(6) Zodra de siliciumwafel op de reinigingstafel is geplaatst, moet deze onmiddellijk worden behandeld en moet de siliciumwafel gedurende het gehele reinigingsproces nat blijven.

(7) De siliciumwafel blijft tijdens het ontgommen vochtig en kan niet vanzelf drogen. (8) Tijdens het reinigingsproces van de siliciumwafel moet de tijd dat deze aan de lucht wordt blootgesteld zoveel mogelijk worden beperkt om bloemvorming op het oppervlak van de siliciumwafel te voorkomen.

(9) Het schoonmaakpersoneel mag tijdens het gehele reinigingsproces het oppervlak van de siliciumwafel niet rechtstreeks aanraken en moet rubberen handschoenen dragen om vingerafdrukken te voorkomen.

(10) In referentie [2] wordt beschreven dat het batterij-einde gebruikmaakt van een reinigingsproces met waterstofperoxide (H2O2) en alkalische NaOH volgens een volumeverhouding van 1:26 (3% NaOH-oplossing), wat het optreden van het probleem effectief kan verminderen. Het principe is vergelijkbaar met de SC1-reinigingsoplossing (algemeen bekend als vloeistof 1) voor halfgeleider-siliciumwafels. Het belangrijkste mechanisme is als volgt: de oxidatiefilm op het oppervlak van de siliciumwafel wordt gevormd door de oxidatie van H2O2, die vervolgens wordt gecorrodeerd door NaOH. Deze oxidatie en corrosie vinden herhaaldelijk plaats. Daardoor komen de deeltjes die aan het siliciumpoeder, hars, metaal, enz. vastzitten, ook in de reinigingsvloeistof terecht met de corrosielaag. Door de oxidatie van H2O2 wordt het organische materiaal op het wafeloppervlak afgebroken tot CO2 en H2O en verwijderd. Dit reinigingsproces wordt door fabrikanten van siliciumwafels gebruikt voor het reinigen van monokristallijne siliciumwafels die met diamantdraad zijn gesneden. In China en Taiwan, en andere fabrikanten van batterijen, wordt het probleem van fluweelwitte vlekken in batches behandeld. Ook batterijfabrikanten gebruiken een soortgelijk voorreinigingsproces om de witte aanslag op de batterij effectief te beheersen. Dit reinigingsproces wordt toegevoegd aan het reinigingsproces van de siliciumwafels om resten van de siliciumwafels te verwijderen en zo het probleem van witte aanslag aan het uiteinde van de batterij effectief op te lossen.

conclusie

Diamantdraadsnijden is momenteel de belangrijkste verwerkingstechnologie voor het snijden van enkelkristallen, maar het probleem van fluweelwitte vlekken op siliciumwafels vormt een uitdaging voor fabrikanten van siliciumwafels en batterijen. Dit leidt tot weerstand bij fabrikanten van batterijproducten tegen diamantdraadsnijden van siliciumwafels. Uit vergelijkende analyses blijkt dat de witte vlekken voornamelijk worden veroorzaakt door resten op het oppervlak van de siliciumwafel. Om dit probleem in de batterijcellen beter te voorkomen, analyseert dit artikel de mogelijke bronnen van oppervlaktevervuiling van siliciumwafels en geeft het suggesties voor verbetering en maatregelen in de productie. Aan de hand van het aantal, de locatie en de vorm van de witte vlekken kunnen de oorzaken worden geanalyseerd en kunnen verbeteringen worden doorgevoerd. Met name het reinigingsproces met waterstofperoxide en alkali wordt aanbevolen. De succesvolle ervaring heeft aangetoond dat deze methode effectief fluweelwitte vlekken op siliciumwafels na diamantdraadsnijden kan voorkomen. Dit artikel is een waardevolle referentie voor professionals en fabrikanten in de industrie.