CN103624349A - 表面无金属镀层硅片的电火花线切割法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面无金属镀层硅片的电火花线切割法，包括有以下操作步骤：1、用热探针测出已扩散硅片的N面或P面,硅片重叠时N面或P面朝同一方向；2、每隔5—10片硅片夹一张薄铁皮，薄铁皮厚度不大于0.1mm；3、切割过程：选用厚度不大于0.1mm的薄铁皮切成与待切硅片等直径的圆形，再去除圆铁皮表面油污，再将待切硅片与已⑴去除表面油污的圆铁皮间隔重叠；4、电火花线切割法：即用数控电火花线切割机床对硅片进行切割，本发明解决表面无金属镀层的硅片无法实现电火花线切割技术难题，实现表面无金属镀层硅片的电火花线切割。

Description

表面无金属镀层硅片的电火花线切割法

技术领域

本发明涉及硅片的一种切割方法，尤其涉及表面无金属镀层硅片的一种电火花线切割方法。 

背景技术

电火花线切割加工又称电蚀加工或放电加工，它是一种采用金属丝导线作工具电极（正极或负极）、被加工工件作另一电极（负极或正极），利用工件与工具电极之间的间隙脉冲放电所产生的局部瞬时高温，对金属材料工件进行有选择性的蚀除，达到对工件切割目的一种加工方法。 

电火花线切割加工常通过数控电火花线切割机床来实现，卷绕在丝筒上的电极丝(一般快走丝线切割机用钼丝，慢走丝线切割机用黄铜丝)与高频脉冲电源的负极相接，连续地沿其自身轴线行进，并在张紧状态下由上、下导丝轮支承着通过加工区。安装在坐标工作台上的工件接脉冲电源的正极。工作液由喷嘴以一定的压力喷向加工区。当脉冲电压击穿电极丝和工件之间的极间间隙时，两者之间随即产生火花放电而蚀除工件。 

在电火花加工过程中，两极都会受到电腐蚀，但由于所接电源的极性不同，两极的蚀除量不同，这种现象称为极性效应。习惯上通常把工件接正极时的电火花加工称为正极性加工，把工件接负极时的电火花加工称为负极性加工。从提高生产率和减少工具电极损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，采用短脉冲精加工时，应选用正极性加工；采用长脉冲粗加工时，应选用负极性加工。 

常见的表面有金属镀层硅片的切割法，电力电子芯片(如整流二极管芯片)的核心部件是完成了扩散的硅片，制造芯片用的已扩散硅片分两类，其一是表面必须有金属镀层（常见为镀镍层）；其二是表面不能有金属镀层（如制造压接式的整流芯片或压接式的可控芯片所用的硅片）。在电力电子芯片制造过程中，首道工序就是将直径76.2mm或直径101.6mm的已扩散硅片切割成符合工艺设计要求的小直径硅片（以下简称：小硅片）。常见的硅片切割方法有化学腐蚀法、金 刚刀条套圆法和电火花线切割法三种。 

⑴、化学腐蚀法：待切硅片表面用真空封蜡保护→用双尖脚圆规划出需切小硅片的圆周→浸入切割液（硝酸、氢氟酸、冰乙酸按一定比例混合）中→切割液对硅片进行有选择性（沿圆周）的腐蚀（切割）→切下的小硅片浸入二甲苯（除去表面的真空封蜡）中→再浸入丙酮（除去表面残留的二甲苯）中→用水冲洗干净→酒精脱水→烘干待用。 

该切割法缺陷颇多：整个切割过程均为手工操作，难免切下的小硅片直径误差大；工序繁索，用工时间长，效率低；使用化学试剂多，对环境污染大。 

⑵、金刚刀条套圆法：将金刚刀条弯曲成一所需直径的圆筒后固定在台钻等转动机械上→火漆加热熔化后均勻涂于玻璃板上→待切硅片放在火漆上并轻压使其沾贴牢固→火漆冷却后移动玻璃板至台钻工作台→摁下台钻钻头对硅片进行切割→切下的小硅片浸入丙酮中溶去表面残留的火漆→用水冲洗干净→酒精脱水→烘干待用。 

该切割法主要缺陷是切割速度慢，工作效率低；硅片利用率不理想，边角料浪费大；切割过程中有一定的破损率。 

⑶、电火花线切割法：即用数控电火花线切割机床对硅片进行切割。其切割过程为：编写切割程序并输入数控系统→将表面有金属镀层（常见为镀镍层）的硅片重叠（300片左右）→用夹具固定在数控电火花线切割机床的坐标工作台上→校正切入点→启动切割机床切割→切下的小硅片用洗衣粉溶液清洗干净→酒精脱水→烘干待用。与上述⑴、⑵两种切割法相比，釆用电火花线切割法对硅片切割具有误差小；硅片利用率高；工作效率快；能达到零破损率；对环境污染极小等优点。 

但电火花线切割法加工工件时，要求被加工工件必须具有较好的导电性能。硅是一种半导体物质，通常情况下其导电能力比较差，尤其是将几百片硅片重叠。对表面有镀层（如镍层）的硅片可直接按⑶所述的“切割过程”进行切割，而表面无镀层的硅片则无法按⑶所述的“切割过程”直接进行切割。依据数控电火花线切割机床工作原理，用电火花线切割法切割硅片时，关键应使所重叠的硅片有较好的导电能力而形成电极。对表面无镀层的硅片重叠片数越多，导电能力越差，形成的电极不能满足切割要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种表面无金属镀层硅片的电火花线切割法，解决表面无金属镀层的硅片无法实现电火花线切割技术难题，实现表面无金属镀层硅片的电火花线切割。 

本发明的技术方案如下： 

表面无金属镀层硅片的电火花线切割法，包括有以下操作步骤： 

1、用热探针测出已扩散硅片的N面或P面,硅片重叠时N面或P面朝同一方向； 

2、每隔5—10片硅片夹一张薄铁皮，薄铁皮厚度不大于0.1mm； 

3、切割过程：选用厚度不大于0.1mm的薄铁皮切成与待切硅片等直径的圆形，再去除圆铁皮表面油污，再将待切硅片与已⑴去除表面油污的圆铁皮间隔重叠； 

4、电火花线切割法：即用数控电火花线切割机床对硅片进行切割，其切割具体过程为： 

a、编写切割程序并输入数控系统；b、将表面有金属镀层（常见为镀镍层）的硅片重叠（300片左右）；c、用夹具固定在数控电火花线切割机床的坐标工作台上；d、校正切入点；e、启动切割机床切割；f、切下的小硅片用洗衣粉溶液清洗干净；g、酒精脱水；h、烘干待用。 

本发明的有益效果如下: 

1.弱化了劳动強度。使得硅片的电火花线切割加工方法得到了完善，让硅片的切割由原始的手工操作成功过渡到自动化操作，弱化了工人的劳动強度。 

2.提高了产品质量。切割加工成的小硅片一致性好，误差由手工操作时的毫米级减小到丝米级，给提高产品质量提供了保障。 

3.降低了生产成本。无论是采用化学腐蚀法还是采用金刚刀条套圆法对硅片进行切割，一位熟练工平均每天只能切割小硅片500只左右，以熟练工每天最低工资60元计，每只小硅片的切割工资就需0.12元。一台数控电火花线切割机床每天平均能切割小硅片5000只左右，以一位熟练工管理三台数控电火花线切割机床计，每人每天能切割15000只左右，相当于30人手工操作的切割量，每只小硅片的切割工资仅需0.004元。以三台数控电火花线切割机床每年切割280 天计： 

⑴每年能减少工资支出： 

手工切割需支付工资： 

15000只／天×280天×0.12元／只＝504000元。 

数控电火花线切割机床切割需支付工资： 

15000只／天×280天×0.004元／只＝16800元。 

减少工资支出：504000元－16800元＝487200元（48.72万元）。 

⑵硅片利用率提高收益：用数控电火花线切割机床对硅片进行切割时，由于电极丝直径较细，介于0.003—0.3mm之间切缝很窄，可实现套料加工。从而使硅片利用率提高（边角料套切小直径圆硅片、零破损率、切缝很窄等），以每年切割直径76.2mm硅片50万片、每片提高利用价值0.5元计： 

能节约成本支出 

500000片×0.5元／片＝250000元（25万元）。 

⑶三种切割方法相比，用数控电火花线切割机床对硅片进行切割成本最低。 

三种不同的切割片切割15000只小直径硅片消耗成本比较表： 

从比较表中可看出采用数控电火花线切割机床对硅片切割，每天可减少切割成本100元左右，每年可减少切割成本： 

100元／天×280天＝28000元。 

三台数控电火花线切割机床每年能降低切割总成本： 

478200元＋250000元＋28000元＝756200元（75.62万元）。 

4.落实了节能减排。用数控电火花线切割机床对硅片进行切割，几乎不使用化剂，对环境不产生污染；切割成本低，自然的将以节能减排为重要组成部分的环保要求落到了实处。 

综上所述，本公司经反复试验，成功的采用数控电火花线切割机床对表面无金属镀层硅片进行切割的方法，对电力电子压接式芯片的制造有较大的贡献，该技术应得到国家知识产权保护。 

Claims (1)

1.表面无金属镀层硅片的电火花线切割法，其特征在于，包括有以下操作步骤：

1、用热探针测出已扩散硅片的N面或P面, 硅片重叠时N面或P面朝同一方向；

2、每隔5—10片硅片夹一张薄铁皮，薄铁皮厚度不大于0.1mm；

3、切割过程：选用厚度不大于0.1mm的薄铁皮切成与待切硅片等直径的圆形 ，再去除圆铁皮表面油污 ，再将待切硅片与已⑴去除表面油污的圆铁皮间隔重叠；

4、电火花线切割法：即用数控电火花线切割机床对硅片进行切割，其切割具体过程为：

a、编写切割程序并输入数控系统；b、将表面有金属镀层（常见为镀镍层）的硅片重叠（300片左右）；c、用夹具固定在数控电火花线切割机床的坐标工作台上；d、校正切入点；e、 启动切割机床切割；f、切下的小硅片用洗衣粉溶液清洗干净；g、酒精脱水；h、烘干待用。