一種SiC單晶片微弧放電微細(xì)切割設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SiC單晶片微弧放電微細(xì)切割設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的發(fā)展，SiC作為第三代半導(dǎo)體材料在功率器件和IC行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。在其大直徑生長(zhǎng)過程突破后，其晶片的制造過程成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于高硬度和脆性，使得SiC單晶片的切割、研磨和拋光成為器件制造過程的瓶頸，尤其是切割過程，占據(jù)了整個(gè)晶片制造工作量的50%左右。切割后的晶片表面質(zhì)量對(duì)后續(xù)的研磨和拋光工作以及晶片作為功率器件襯底的使用壽命具有重要影響。目前SiC單晶片的切片主要采用固結(jié)金剛石磨粒的線鋸進(jìn)行切割，線鋸表面的磨粒和SiC單晶片表面通過擠壓、摩擦使得材料發(fā)生脆性斷裂去除，該方法存在以下問題:
[0003]1.線鋸和SiC單晶片屬于接觸式切割，在切割力的作用下，晶片發(fā)生變形和翹曲，TTV(total thickness variat1n)較大，當(dāng)SiC單晶片旋轉(zhuǎn)時(shí)，切割后的晶片表面呈鼓形；
[0004]2.由于金剛石磨粒是通過電鍍方法附著在不銹鋼線鋸表面，在接觸性切割時(shí)，磨粒的伸出高度不等，造成切割后的晶片表面出現(xiàn)大量線鋸劃痕，使得晶片表面的粗糙度值提尚;
[0005]3.切割過程中，在線鋸和SiC作用下，磨粒與工件的接觸、摩擦和擠壓導(dǎo)致磨粒磨損和脫落，使得線鋸切割能力下降，也會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致晶片變形成鼓形；
[0006]4.固結(jié)磨粒金剛石線鋸表面鍍上金剛石顆粒，作為刀具有一定的強(qiáng)度，承受一定的張力，其直徑不可能太小，一般從0.2-0.5mm,切割過程中由于機(jī)床本身的因素，因此SiC單晶片的切縫在0.25-0.3_，這就造成了珍貴材料的浪費(fèi)。
[0007]由于接觸式加工存在的諸多問題，有學(xué)者嘗試采用特種加工方法一一通過電火花放電加工SiC，其切割效率比金剛石線鋸切割高10倍左右，但對(duì)晶片表面和亞表面造成了燒傷，使得后續(xù)的研磨和拋光工作量加大，同時(shí)還造成了珍貴材料的更多浪費(fèi)。
[0008]也有學(xué)者采用等離子體方法進(jìn)行SiC單晶片的拋光，由于材料是通過等離子體中的氧化性離子與電場(chǎng)作用下的工件表面活性原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被去除，因此去除尺度處在原子級(jí)，無表面熱燒傷和化學(xué)損傷，可以獲得較低的表面粗糙度，但該方法材料去除率非常低，因而不適用于切片過程。
[0009]因此尋找具有較高的材料去除率，同時(shí)工件表面粗糙度和TTV等較小的SiC單晶片切片方法成為該材料加工的趨勢(shì)。圖2為氣體放電伏安特性曲線，傳統(tǒng)的等離子體加工，將等離子體強(qiáng)度控制在正常輝光放電區(qū)與異常輝光區(qū)的交界處(圖2中的F區(qū))，氣體分子的離化率很低(10%左右)，MRR(Material Removal Rate，材料去除率)十分有限。如果將異常輝光放電調(diào)整到最接近于dV/dl — O的狀態(tài)(圖2中G區(qū)左側(cè))，氣體電離后的離化率可達(dá)70%左右，即形成微弧等離子體，利用微弧產(chǎn)生的等離子體實(shí)現(xiàn)SiC單晶片的切割過程，保持材料的去除過程在微納米級(jí)(屬于微細(xì)切割)，同時(shí)獲得非接觸式加工無表面翹曲和表面損傷、TTV低的優(yōu)點(diǎn)，還可保持比等離子加工高的MRR。而G區(qū)右側(cè)盡管氣體的離化率理論上可達(dá)100%，但由于伏安特性已處于弧光放電區(qū)，易對(duì)陽極SiC單晶片表面產(chǎn)生燒損，應(yīng)避免用于精密半導(dǎo)體材料的加工。
[0010]由于受制于瞬間超大功率脈沖電控技術(shù)的發(fā)展極限，長(zhǎng)期以來70%微弧放電體G區(qū)附近的異常輝光放電區(qū)域一直沒有利用起來，從目前的文獻(xiàn)檢索情況來看，微弧放電體還沒有用于SiC等非良導(dǎo)電超硬脆材料切割的先例。近年來，隨著快速開斷器件工業(yè)的發(fā)展，窄脈沖寬度(微秒)、大脈沖電流強(qiáng)度(瞬時(shí)電流強(qiáng)度大于102A)電控技術(shù)的不斷突破，使得氣固界面的等離子體強(qiáng)度既可無限逼近異常輝光放電區(qū)的微弧放電產(chǎn)生區(qū)dV/dl — O狀態(tài)，又可避免進(jìn)入G-H區(qū)的電弧等離子區(qū)域，為非弧狀微弧放電體的應(yīng)用奠定了設(shè)備基礎(chǔ)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]本實(shí)用新型的目的是提供一種SiC單晶片微弧放電微細(xì)切割設(shè)備，解決現(xiàn)有技術(shù)切割出的SiC單晶片容易發(fā)生翹曲變形且表面粗糙度較高的問題。
[0012]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種SiC單晶片微弧放電微細(xì)切割設(shè)備，包括床身、導(dǎo)管和脈沖電源箱，床身上安裝有線鋸系統(tǒng)和機(jī)床工作臺(tái)，機(jī)床工作臺(tái)上安裝有工件，導(dǎo)管的一端通過液壓栗與電解液箱相連，導(dǎo)管的另一端位于工件與線鋸系統(tǒng)切割處的上方；脈沖電源箱的正極與工件的一端相連、負(fù)極與線鋸系統(tǒng)相連。床身上設(shè)置有底座和立柱。導(dǎo)管的另一端安裝有噴頭，導(dǎo)管上安裝有流量計(jì)。床身上表面設(shè)置有導(dǎo)流槽，導(dǎo)流槽與排水管的一端相連，排水管的另一端通向電解液箱；電解液箱內(nèi)部設(shè)置有過濾網(wǎng)。
[0013]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于:
[0014]機(jī)床工作臺(tái)包括安裝在床身上的導(dǎo)軌a，導(dǎo)軌a上設(shè)置有下托板，下托板上連接有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠；下托板上還安裝有導(dǎo)軌b，導(dǎo)軌b與導(dǎo)軌a相垂直，導(dǎo)軌b上設(shè)置有上托板，上托板上連接有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠；上托板上安裝有支架，支架上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸與工件的另一端相連。
[0015]線鋸系統(tǒng)包括設(shè)置在底座上的運(yùn)絲托板和線鋸，運(yùn)絲托板上安裝有運(yùn)絲筒，運(yùn)絲筒的輸入軸通過齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)與電機(jī)相連；立柱從上到下依次安裝有上臂和下臂，上臂的兩端及下臂的兩端均分別安裝有導(dǎo)輪，線鋸的一端從運(yùn)絲筒出來后，依次經(jīng)過上臂上的兩個(gè)導(dǎo)輪和下臂上的兩個(gè)導(dǎo)輪后又回到運(yùn)絲筒中；線鋸與脈沖電源箱的負(fù)極相連。
[0016]上臂上固接有配重塊，上臂通過配重塊與立柱相連。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的一種SiC單晶片微弧放電微細(xì)切割設(shè)備，通過微弧放電體的放電加工大大縮短了 SiC單晶片的切割時(shí)間，提高了材料去除率，降低晶片表面粗糙度和TTV，降低了線鋸的磨損，節(jié)省珍貴硬脆材料。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型一種SiC單晶片微弧放電微細(xì)切割設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為氣體放電伏安特性曲線和技術(shù)分類電場(chǎng)圖。
[0020]圖中，1.床身，2.底座，3.齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，4.運(yùn)絲托板，5.運(yùn)絲筒，6.導(dǎo)輪，7.立柱，8.上臂，9.下臂，10.線鋸，11.導(dǎo)管，12.流量計(jì)，13.支架，14.脈沖電源箱，15.上托板，16.排水管，17