tin tức

Công nghệ cắt bằng dây kim cương còn được gọi là công nghệ cắt bằng chất mài mòn kết hợp. Nó sử dụng phương pháp mạ điện hoặc liên kết nhựa để kết hợp chất mài mòn kim cương lên bề mặt dây thép, sau đó dây kim cương tác động trực tiếp lên bề mặt thanh silicon hoặc thỏi silicon để tạo ra quá trình mài, từ đó đạt được hiệu quả cắt. Cắt bằng dây kim cương có đặc điểm là tốc độ cắt nhanh, độ chính xác cao và hao phí vật liệu thấp.

Hiện nay, thị trường tinh thể đơn dùng để cắt silicon bằng dây kim cương đã được chấp nhận rộng rãi, nhưng trong quá trình quảng bá cũng gặp phải vấn đề phổ biến nhất là hiện tượng "trắng nhung". Vì vậy, bài báo này tập trung vào cách phòng ngừa hiện tượng "trắng nhung" khi cắt silicon đơn tinh thể bằng dây kim cương.

Quá trình làm sạch tấm silicon đơn tinh thể sau khi cắt bằng dây kim cương bao gồm việc tách tấm silicon đã được cắt bằng máy cưa dây ra khỏi tấm nhựa, loại bỏ dải cao su và làm sạch tấm silicon. Thiết bị làm sạch chủ yếu gồm máy tiền làm sạch (máy tẩy keo) và máy làm sạch. Quy trình làm sạch chính của máy tiền làm sạch là: cấp liệu - phun - phun - làm sạch bằng sóng siêu âm - tẩy keo - rửa bằng nước sạch - cấp liệu lại. Quy trình làm sạch chính của máy làm sạch là: cấp liệu - rửa bằng nước tinh khiết - rửa bằng nước tinh khiết - rửa bằng kiềm - rửa bằng kiềm - rửa bằng nước tinh khiết - rửa bằng nước tinh khiết - khử nước sơ bộ (nâng chậm) - sấy khô - cấp liệu lại.

Nguyên lý sản xuất nhung đơn tinh thể

Đặc tính của sự ăn mòn dị hướng là đặc trưng của tấm silicon đơn tinh thể. Nguyên lý phản ứng được thể hiện bằng phương trình phản ứng hóa học sau:

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑

Về bản chất, quá trình hình thành cấu trúc dạng da lộn như sau: Dung dịch NaOH tác động với tốc độ ăn mòn khác nhau lên các bề mặt tinh thể khác nhau, tốc độ ăn mòn bề mặt (100) nhanh hơn so với bề mặt (111), do đó bề mặt (100) bị ăn mòn không đồng nhất, cuối cùng hình thành trên bề mặt bề mặt (111) các hình nón bốn mặt, tức là cấu trúc “kim tự tháp” (như thể hiện trong hình 1). Sau khi cấu trúc được hình thành, khi ánh sáng chiếu vào mặt dốc của kim tự tháp ở một góc nhất định, ánh sáng sẽ bị phản xạ sang mặt dốc ở một góc khác, tạo ra sự hấp thụ thứ cấp hoặc nhiều hơn, do đó làm giảm độ phản xạ trên bề mặt của tấm silicon, tức là hiệu ứng bẫy ánh sáng (xem hình 2). Kích thước và độ đồng đều của cấu trúc “kim tự tháp” càng tốt thì hiệu ứng bẫy càng rõ rệt và độ phát xạ bề mặt của tấm silicon càng thấp.

Hình 1: Hình thái vi mô của tấm silicon đơn tinh thể sau quá trình sản xuất kiềm.

Hình 2: Nguyên lý bẫy ánh sáng của cấu trúc “kim tự tháp”.

Phân tích quá trình làm trắng tinh thể đơn

Bằng kính hiển vi điện tử quét trên tấm silicon trắng, người ta nhận thấy rằng cấu trúc vi mô hình kim tự tháp của tấm silicon trắng trong khu vực đó về cơ bản không được hình thành, và bề mặt dường như có một lớp cặn “sáp”, trong khi cấu trúc hình kim tự tháp của lớp nhung trong khu vực trắng của cùng một tấm silicon được hình thành tốt hơn (xem Hình 3). Nếu có cặn bẩn trên bề mặt tấm silicon đơn tinh thể, bề mặt sẽ có khu vực cặn bẩn với kích thước và độ đồng nhất của cấu trúc “kim tự tháp”, và hiệu quả hình thành ở khu vực bình thường không đủ, dẫn đến độ phản xạ bề mặt của lớp nhung còn lại cao hơn khu vực bình thường, khu vực có độ phản xạ cao hơn so với khu vực bình thường khi nhìn bằng mắt thường sẽ phản chiếu màu trắng. Như có thể thấy từ hình dạng phân bố của khu vực trắng, nó không đều hoặc có hình dạng đều đặn trên diện tích lớn, mà chỉ ở các khu vực cục bộ. Có thể là do các chất gây ô nhiễm cục bộ trên bề mặt tấm silicon chưa được làm sạch, hoặc tình trạng bề mặt của tấm silicon là do ô nhiễm thứ cấp.

Hình 3: So sánh sự khác biệt về cấu trúc vi mô theo vùng trong các tấm silicon trắng như nhung.

Bề mặt của tấm silicon được cắt bằng dây kim cương mịn hơn và ít bị hư hại hơn (như thể hiện trong Hình 4). So với tấm silicon được cắt bằng cối, tốc độ phản ứng giữa kiềm và bề mặt tấm silicon được cắt bằng dây kim cương chậm hơn so với việc cắt tấm silicon đơn tinh thể bằng cối, do đó ảnh hưởng của cặn bẩn trên bề mặt đến hiệu ứng nhung rõ rệt hơn.

Hình 4: (A) Ảnh hiển vi bề mặt của tấm silicon được cắt bằng cối (B) Ảnh hiển vi bề mặt của tấm silicon được cắt bằng dây kim cương

Nguồn dư thừa chính của bề mặt tấm silicon được cắt bằng dây kim cương

(1) Chất làm mát: Các thành phần chính của chất làm mát cắt dây kim cương là chất hoạt động bề mặt, chất phân tán, chất khử bọt và nước cùng các thành phần khác. Chất lỏng cắt có hiệu suất tuyệt vời có khả năng huyền phù, phân tán tốt và dễ làm sạch. Chất hoạt động bề mặt thường có đặc tính ưa nước tốt hơn, dễ dàng làm sạch trong quá trình làm sạch tấm silicon. Việc khuấy và tuần hoàn liên tục các chất phụ gia này trong nước sẽ tạo ra một lượng lớn bọt, dẫn đến giảm lưu lượng chất làm mát, ảnh hưởng đến hiệu suất làm mát, và gây ra các vấn đề nghiêm trọng về bọt và thậm chí là tràn bọt, ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc sử dụng. Do đó, chất làm mát thường được sử dụng với chất khử bọt. Để đảm bảo hiệu suất khử bọt, silicon và polyether truyền thống thường có tính ưa nước kém. Dung môi trong nước rất dễ bị hấp thụ và bám lại trên bề mặt tấm silicon trong quá trình làm sạch tiếp theo, dẫn đến vấn đề đốm trắng. Và chất này không tương thích tốt với các thành phần chính của chất làm mát, do đó, nó phải được pha thành hai thành phần: các thành phần chính và chất khử bọt được thêm vào nước. Trong quá trình sử dụng, tùy thuộc vào tình trạng bọt, không thể kiểm soát định lượng việc sử dụng và liều lượng chất khử bọt, dễ dẫn đến việc sử dụng quá liều chất khử bọt, làm tăng lượng cặn trên bề mặt tấm silicon, đồng thời gây bất tiện hơn khi vận hành. Tuy nhiên, do giá thành nguyên liệu và nguyên liệu chất khử bọt thấp, nên hầu hết các chất làm mát trong nước đều sử dụng hệ thống công thức này; Một loại chất làm mát khác sử dụng chất khử bọt mới, có thể tương thích tốt với các thành phần chính, không cần thêm chất phụ gia, có thể kiểm soát hiệu quả và định lượng lượng chất khử bọt, ngăn ngừa việc sử dụng quá mức, thao tác cũng rất thuận tiện. Với quy trình làm sạch thích hợp, lượng cặn có thể được kiểm soát ở mức rất thấp. Tại Nhật Bản và một số nhà sản xuất trong nước áp dụng hệ thống công thức này, tuy nhiên, do chi phí nguyên liệu cao, lợi thế về giá của nó không rõ ràng.

(2) Phiên bản keo và nhựa: ở giai đoạn sau của quá trình cắt dây kim cương, tấm silicon gần đầu vào đã được cắt trước, tấm silicon ở đầu ra chưa được cắt, dây kim cương cắt sớm đã bắt đầu cắt vào lớp cao su và tấm nhựa. Vì keo dán thanh silicon và tấm nhựa đều là sản phẩm nhựa epoxy, điểm hóa mềm của chúng về cơ bản nằm trong khoảng từ 55 đến 95℃. Nếu điểm hóa mềm của lớp cao su hoặc tấm nhựa thấp, chúng có thể dễ dàng bị nóng lên trong quá trình cắt và khiến chúng trở nên mềm và tan chảy, bám vào dây thép và bề mặt tấm silicon, làm giảm khả năng cắt của dây kim cương, hoặc tấm silicon bị dính nhựa. Một khi đã dính, rất khó để rửa sạch. Sự nhiễm bẩn này chủ yếu xảy ra gần mép của tấm silicon.

(3) Bột silic: trong quá trình cắt bằng dây kim cương sẽ tạo ra rất nhiều bột silic, khi cắt, hàm lượng bột trong chất làm mát vữa sẽ ngày càng cao, khi bột đủ lớn, sẽ bám vào bề mặt silic, và kích thước của bột silic khi cắt bằng dây kim cương càng lớn thì càng dễ bám dính vào bề mặt silic, khiến việc làm sạch trở nên khó khăn. Do đó, cần đảm bảo cập nhật và nâng cao chất lượng chất làm mát và giảm hàm lượng bột trong chất làm mát.

(4) Chất tẩy rửa: Các nhà sản xuất máy cắt dây kim cương hiện nay chủ yếu sử dụng phương pháp cắt vữa đồng thời, chủ yếu sử dụng quy trình rửa sơ bộ, làm sạch và chất tẩy rửa, v.v., công nghệ cắt dây kim cương đơn lẻ bắt nguồn từ cơ chế cắt, tạo thành một dây chuyền hoàn chỉnh, chất làm mát và cắt vữa có sự khác biệt lớn, do đó quy trình làm sạch tương ứng, liều lượng chất tẩy rửa, công thức, v.v. cần được điều chỉnh tương ứng cho việc cắt dây kim cương. Chất tẩy rửa là một khía cạnh quan trọng, công thức chất tẩy rửa ban đầu có chất hoạt động bề mặt, tính kiềm không phù hợp để làm sạch tấm silicon cắt dây kim cương, cần phải sử dụng chất tẩy rửa mục tiêu phù hợp với bề mặt tấm silicon cắt dây kim cương, thành phần và cặn bẩn trên bề mặt, và sử dụng trong quy trình làm sạch. Như đã đề cập ở trên, thành phần chất khử bọt không cần thiết trong quá trình cắt vữa.

(5) Nước: Nước tràn ra từ quá trình cắt dây kim cương, rửa sơ bộ và làm sạch có chứa tạp chất, có thể bám vào bề mặt của tấm silicon.

Giảm thiểu vấn đề tóc nhung bị bạc trắng. Gợi ý cách khắc phục.

(1) Để sử dụng chất làm mát có độ phân tán tốt, và chất làm mát phải sử dụng chất khử bọt ít cặn để giảm cặn của các thành phần chất làm mát trên bề mặt tấm silicon;

(2) Sử dụng keo và tấm nhựa phù hợp để giảm thiểu ô nhiễm tấm silicon;

(3) Chất làm mát được pha loãng với nước tinh khiết để đảm bảo không có tạp chất dư thừa dễ dàng trong nước đã sử dụng;

(4) Đối với bề mặt của tấm silicon cắt bằng dây kim cương, hãy sử dụng chất tẩy rửa có hoạt tính và hiệu quả làm sạch cao hơn;

(5) Sử dụng hệ thống thu hồi chất làm mát trực tuyến bằng dây kim cương để giảm hàm lượng bột silicon trong quá trình cắt, nhằm kiểm soát hiệu quả lượng bột silicon còn sót lại trên bề mặt tấm silicon. Đồng thời, nó cũng có thể tăng cường cải thiện nhiệt độ, lưu lượng và thời gian của nước trong quá trình rửa sơ bộ, để đảm bảo bột silicon được rửa sạch kịp thời.

(6) Khi tấm silicon được đặt lên bàn làm sạch, nó phải được xử lý ngay lập tức và giữ cho tấm silicon luôn ẩm ướt trong suốt quá trình làm sạch.

(7) Tấm silicon giữ cho bề mặt luôn ẩm ướt trong quá trình tẩy keo và không thể khô tự nhiên. (8) Trong quá trình làm sạch tấm silicon, thời gian tiếp xúc với không khí có thể được giảm thiểu tối đa để ngăn ngừa sự hình thành hoa trên bề mặt tấm silicon.

(9) Nhân viên vệ sinh không được tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của tấm silicon trong suốt quá trình vệ sinh và phải đeo găng tay cao su để tránh tạo ra dấu vân tay.

(10) Trong tài liệu tham khảo [2], đầu pin sử dụng quy trình làm sạch bằng hydro peroxide H2O2 + kiềm NaOH theo tỷ lệ thể tích 1:26 (dung dịch NaOH 3%), có thể giảm thiểu hiệu quả sự xuất hiện của vấn đề. Nguyên tắc của nó tương tự như dung dịch làm sạch SC1 (thường được gọi là chất lỏng 1) của tấm silicon bán dẫn. Cơ chế chính của nó: màng oxy hóa trên bề mặt tấm silicon được hình thành do quá trình oxy hóa của H2O2, bị ăn mòn bởi NaOH, và quá trình oxy hóa và ăn mòn xảy ra lặp đi lặp lại. Do đó, các hạt bám vào bột silicon, nhựa, kim loại, v.v.) cũng rơi vào chất lỏng làm sạch cùng với lớp ăn mòn; do quá trình oxy hóa của H2O2, chất hữu cơ trên bề mặt tấm bị phân hủy thành CO2, H2O và được loại bỏ. Quy trình làm sạch này đã được các nhà sản xuất tấm silicon sử dụng để xử lý việc làm sạch tấm silicon đơn tinh thể cắt bằng dây kim cương, các nhà sản xuất pin trong nước và Đài Loan cũng như các nước khác sử dụng hàng loạt tấm silicon để giải quyết các khiếu nại về vấn đề trắng nhung. Cũng có những nhà sản xuất pin đã sử dụng quy trình làm sạch sơ bộ bằng nhung tương tự, cũng kiểm soát hiệu quả sự xuất hiện của trắng nhung. Như vậy, có thể thấy rằng quy trình làm sạch này được thêm vào quy trình làm sạch tấm silicon để loại bỏ cặn bẩn trên tấm silicon, từ đó giải quyết hiệu quả vấn đề lông trắng ở đầu pin.

Phần kết luận

Hiện nay, cắt bằng dây kim cương đã trở thành công nghệ gia công chính trong lĩnh vực cắt tinh thể đơn, nhưng trong quá trình ứng dụng, vấn đề tạo ra các đốm trắng như nhung đang gây khó khăn cho các nhà sản xuất tấm silicon và pin, dẫn đến việc các nhà sản xuất pin gặp một số trở ngại trong việc sử dụng phương pháp cắt bằng dây kim cương trên tấm silicon. Thông qua phân tích so sánh vùng trắng, nguyên nhân chủ yếu là do cặn bẩn trên bề mặt tấm silicon. Để phòng ngừa tốt hơn vấn đề này, bài báo này phân tích các nguồn gây ô nhiễm bề mặt tấm silicon, cũng như các đề xuất và biện pháp cải tiến trong sản xuất. Dựa trên số lượng, vùng và hình dạng của các đốm trắng, có thể phân tích và khắc phục nguyên nhân. Đặc biệt, phương pháp làm sạch bằng dung dịch hydrogen peroxide + kiềm được khuyến nghị. Kinh nghiệm thành công đã chứng minh rằng phương pháp này có thể ngăn ngừa hiệu quả vấn đề tạo ra các đốm trắng như nhung trên tấm silicon khi cắt bằng dây kim cương, để tham khảo cho các chuyên gia và nhà sản xuất trong ngành.