Zakaj se med postopkom rezanja oblatov vnese CO₂?

Vnašanje CO₂ v vodo za rezanje medoblatrezanje je učinkovit procesni ukrep za preprečevanje kopičenja statičnega naboja in zmanjšanje tveganja kontaminacije, s čimer se izboljša izkoristek rezanja na kocke in dolgoročna zanesljivost čipov.

1. Zatiranje kopičenja statičnega naboja

Medrezanje oblatov, visokohitrostno vrteče se diamantno rezilo deluje skupaj z visokotlačnimi deioniziranimi (DI) vodnimi curki za rezanje, hlajenje in čiščenje. Močno trenje med rezilom in rezino povzroči veliko količino statičnega naboja; istočasno je DI voda podvržena rahli ionizaciji pri hitrem pršenju in udarcu, pri čemer nastane majhno število ionov. Ker silicij sam nagiba k kopičenju naboja, lahko napetost, če se ta naboj ne izprazni pravočasno, naraste na 500 V ali več in sproži elektrostatično razelektritev (ESD).

ESD lahko ne samo pokvari kovinske medsebojne povezave ali poškoduje vmesne dielektrike, ampak tudi povzroči, da se silicijev prah oprime površine rezin zaradi elektrostatične privlačnosti, kar vodi do napak na delcih. V resnejših primerih lahko povzroči težave s veznimi blazinicami, kot je slabo spajanje žice ali odtrganje vezi.

Ko se ogljikov dioksid (CO₂) raztopi v vodi, tvori ogljikovo kislino (H₂CO3), ki nadalje disociira na vodikove ione (H⁺) in bikarbonatne ione (HCO₃⁻). To bistveno poveča prevodnost vode za rezanje in zmanjša njeno upornost. Večja prevodnost omogoča hiter odvod statičnega naboja skozi vodni tok do tal, kar oteži kopičenje naboja na rezinah ali površinah opreme.

Poleg tega je CO₂ šibko elektronegativen plin. V visokoenergetskem okolju se lahko ionizira, da tvori nabite spojine, kot sta CO₂⁺ in O⁻. Ti ioni lahko nevtralizirajo naboj na površini rezine in na delcih v zraku, kar dodatno zmanjša tveganje za elektrostatično privlačnost in ESD.

2. Zmanjšanje kontaminacije in zaščita površine rezin

Rezanje rezin ustvarja veliko silicijevega prahu. Ti fini delci se hitro naelektrijo in se oprimejo rezin ali površin opreme, kar povzroči kontaminacijo z delci. Če je hladilna voda rahlo alkalna, lahko spodbuja tudi kovinske ione (kot so Fe, Ni in Cr, ki se sproščajo iz filtrov iz nerjavečega jekla ali cevi), da tvorijo oborine kovinskega hidroksida. Te oborine se lahko odložijo na površini rezin ali v rezalnih trakovih, kar negativno vpliva na kakovost ostružkov.

Po uvedbi CO₂ na eni strani nevtralizacija naboja oslabi elektrostatično privlačnost med prahom in površino rezin; po drugi strani pa pretok plina CO₂ pomaga razpršiti delce stran od območja rezanja, kar zmanjša njihove možnosti za ponovno odlaganje na kritičnih območjih.

Šibko kislo okolje, ki ga tvori raztopljeni CO₂, tudi zavira pretvorbo kovinskih ionov v hidroksidne oborine, s čimer ohranja kovine v raztopljenem stanju, tako da jih vodni tok lažje odnese, kar zmanjša ostanke na rezinah in opremi.

Hkrati je CO₂ inerten. Z oblikovanjem določene zaščitne atmosfere v območju rezanja lahko zmanjša neposreden stik med silicijevim prahom in kisikom, kar zmanjša tveganje oksidacije prahu, aglomeracije in kasnejšega oprijema na površine. To pomaga vzdrževati čistejše rezalno okolje in stabilnejše procesne pogoje.

Uvajanje CO₂ v vodo za rezanje med rezanjem rezin ne le učinkovito nadzoruje statično in ESD tveganje, ampak tudi znatno zmanjša onesnaženje s prahom in kovino, zaradi česar je pomembno sredstvo za izboljšanje izkoristka rezanja in zanesljivosti čipov.