半导体 碳化硅(SiC) : 平面研磨加工

🕜 加工效率 - 縮短近2倍总制程时间 | 📈 工件质量 - 大幅减少脆裂边 | ⚙️ 刀具寿命 - 减少近4倍刀具磨损量
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碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:加工痛点



碳化硅材料以其硬度仅次于金刚石和碳化硼而著称,具备高硬度及高耐磨性。同时,它在化学和机械性能上表现稳定,具有低耗能、高功率、耐高温、耐腐蚀及耐磨耗的特性,因而成为第三代半导体材料的热门选择。

然而,由于其高硬度特性,碳化硅的加工对许多企业来说是一大挑战。尤其在表面降面研磨过程中,如果缺乏适当的排屑机制,陶瓷粉尘易填塞磨棒气孔,导致磨削力下降,加剧刀具磨损。过大的磨削阻力不仅影响加工效率,还容易产生脆裂边,降低工件质量,并可能影响半导体制程中的整体良率。


 
 

☑️ 碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:加工信息

 
    碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:加工信息          
  材料   碳化硅(Silicon Carbide,SiC)
  特征   降面 切深(Ap) 0.6mm
 
*工件尺寸 Φ107mm
  超声波刀柄           HBT30-R04-10 大振幅刀柄
  机台转速   4,000 ~ 6,000 rpm
  刀具选用   #80 D20mm 金属结合剂金刚石磨头

 

使用汉鼎HBT30超声波模块辅助碳化硅SiC平面研磨加工
(图1. 使用汉鼎HBT30超声波模块辅助碳化硅SiC平面研磨加工)



 

【汉鼎超声波】碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:测试目标



通过汉鼎HBT30超声波辅助加工模块,对碳化硅(SiC)进行平面研磨加工测试,目标是缩短整体制程时间减少刀具磨损,同时维持优异的工件质量。




 

【汉鼎超声波】碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:加工结果

 

碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:加工效率

使用汉鼎HBT30超声波模块辅助碳化硅SiC平面研磨加工, 加工过程中刀具无须修锐, 总制程时间缩短近2倍
(图2. 使用汉鼎HBT30超声波模块辅助碳化硅SiC平面研磨加工, 加工过程中刀具无须修锐, 总制程时间缩短近2倍)

 
  • 使用汉鼎超声波辅助加工,经过参数优化后,配合超声波高频率Z轴方向微振动,刀具在加工过程中反复提刀间接性接触工件,有效排除研磨过程中产生的陶瓷粉尘,使磨头气孔不易被陶瓷积屑填塞,因此整个加工过程中无需进行刀具修整,大幅缩短了近2倍的总制程时间
  • 在相同参数配置下进行无超声波加工时,由于刀具长时间接触工件,容易导致陶瓷粉尘的二次研磨,加速磨头气孔被陶瓷积屑严重填塞,磨头的磨削力显著下降,因此需要频繁进行刀具修整才能继续研磨加工。不仅加速了刀具的磨损,还严重影响了工件质量。本次测试中,无超声波加工需进行4次刀具修整,显著延长了总制程时间。



 

碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:工件质量

汉鼎超声波辅助碳化硅SiC平面研磨加工, 工件边角平滑完整, 刀具受力均匀, 刀痕纹路大小一致
(图3. 汉鼎超声波辅助碳化硅SiC平面研磨加工, 工件边角平滑完整, 刀具受力均匀, 刀痕纹路大小一致)

 
  • 使用汉鼎超声波辅助加工,通过高频率Z轴方向微振动陶瓷粉尘能够顺利排除,磨棒气孔不易被积屑填塞,降低了磨削时的阻力。在加工过程中,刀具受力稳定,工件表面呈现大小一致的刀痕纹路,同时有效减少了脆裂边的产生,工件边角平滑且完整
  • 相比之下,无超声波加工因刀具长时间接触工件,陶瓷粉尘容易发生二次研磨,导致磨头气孔被积屑严重填塞,磨削阻力过大。加工过程中,刀具受力不均,工件表面出现大小不一的刀痕,边角也出现了严重的脆裂边



 

碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:刀具寿命

汉鼎超声波辅助碳化硅SiC平面研磨加工,高频微振动有效排屑,磨棒气孔不易积屑,加工过程中无需修整
(图4. 汉鼎超声波辅助碳化硅SiC平面研磨加工,高频微振动有效排屑,磨棒气孔不易积屑,加工过程中无需修整)

 
  • 汉鼎超声波辅助加工通过高频率Z轴方向微振动,陶瓷粉尘能够顺利排除,磨棒气孔不易被积屑填塞。在磨棒积屑填入速度缓慢的情况下,当磨粒钝化后,受力增加触发自修整机制,使新金刚石颗粒露出,从而实现持续加工。超声波辅助加工成功改善了积屑问题,加工过程中无需进行刀具修整,刀具的总磨损仅来源于正常加工时的磨损量
  • 在相同参数配置下,无超声波加工时,刀具长时间接触工件,陶瓷粉尘发生二次研磨,磨削阻力显著增加。即便磨粒钝化后触发自修整机制,但由于积屑过快填塞气孔加速刀具磨损自修整机制无法有效恢复磨削力。本次测试中,无超声波加工需进行4次刀具修整,刀具总磨损量大幅增加


使用汉鼎HBT30超声波模块辅助碳化硅SiC平面研磨加工, 磨头气孔不易积屑, 因此加工过程中无需修整, 刀具磨损量减少近4倍
(图5. 使用汉鼎HBT30超声波模块辅助碳化硅SiC平面研磨加工, 磨头气孔不易积屑, 因此加工过程中无需修整, 刀具磨损量减少近4倍)




 

【汉鼎超声波】碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:超声波效益



🕜 加工效率 - 縮短近2倍总制程时间
📈 工件质量 - 大幅减少脆裂边
⚙️ 刀具寿命 - 减少
近4倍刀具磨损量


 

碳化硅(Silicon Carbide,SiC)平面研磨加工:产业应用



碳化硅(Silicon Carbide,SiC)表面降面研磨特征广泛应用于半导体产业LED产业,尤其是在半导体制程中,作为晶圆代工业关键零部件的材料,如SiC静电吸盘(ESC,E-Chuck,Electrostatic Chuck)、SiC晶圆承载盘(Wafer Susceptor)等。


碳化硅的莫氏硬度约为9,仅次于金刚石和碳化硼,具备高硬度及高耐磨性。其化学、机械性能稳定,低耗能、高功率、耐高温、耐腐蚀及耐磨损的特性,使其成为备受关注的第三代半导体材料之一。

在半导体相关制程(如蚀刻、薄膜等)中,碳化硅常被用于制程腔体内的精密零部件(如showerheads、基板、静电吸盘、晶圆承载盘等)。由于半导体产业重视制程及产品质量的稳定性与高良率,这些关键零部件的表面及钻孔质量直接影响整体制程及产品质量。


汉鼎智慧科技的超声波加工模块为新材料加工提供了全新解决方案!汉鼎的超声波辅助加工技术有效提升加工效率,缩短整体加工时间,同时在保持稳定工件质量的前提下,显著提升刀具寿命,为客户大幅降低整体生产成本。不仅符合客户的技术标准,更能为客户创造多重价值!



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