Beneficios de la Molienda Ultrasónica de Carburo de Silicio Cambian el Mundo de la Fabricación de Obleas
Acerca del carburo de silicio (SiC) y su uso común en el proceso de fabricación de semiconductores
Propiedades del Material de Carburo de Silicio (SiC)
El carburo de silicio (SiC) ha sido un material extremadamente popular en los últimos años debido al rápido aumento de la importancia de los semiconductores y los vehículos eléctricos. Las propiedades del material pueden diferir según los diferentes métodos de formación. Aquí hay algunas propiedades típicas del carburo de silicio:
【Alta Dureza y Buena Resistencia Mecánica】
El carburo de silicio es un material extremadamente duro, clasificándose cerca del diamante en la escala de Mohs (con una dureza de 9). Esta dureza lo hace altamente resistente al desgaste y, por lo tanto, posee una buena resistencia mecánica. Esto convierte al carburo de silicio en una elección excepcional para componentes mecánicos de alta precisión, que pueden soportar cargas y tensiones mecánicas.
【Excelente Conductividad Térmica y Estabilidad】
El carburo de silicio tiene un punto de fusión muy alto (aproximadamente 2,700°C o 4,892°F) y es resistente al choque térmico. Esta propiedad le permite mantener su estabilidad estructural incluso en entornos oxidantes y corrosivos a temperaturas elevadas. El material exhibe una excelente conductividad térmica, lo que lo convierte en un eficiente conductor de calor.
【Conductividad Eléctrica】
El carburo de silicio puede actuar tanto como semiconductor como conductor, según su estructura cristalina. El material es valioso para la electrónica de potencia y dispositivos de radiofrecuencia (RF) de alta frecuencia debido a su ancho de banda prohibida (WBG). La banda prohibida de un material semiconductor determina la cantidad de energía requerida para mover un electrón a la banda de conducción y actúa como conductor. Tradicionalmente, el silicio ha sido el material principal utilizado para semiconductores. Siendo un material de ancho de banda prohibida ancho, el carburo de silicio puede ser más delgado que el silicio para soportar el mismo voltaje aplicado. Esto resulta en menores pérdidas de conducción y conmutación en comparación con los dispositivos basados en silicio.
Uso Común del Carburo de Silicio (SiC) en el Proceso de Fundición de Obleas Semiconductores
Piezas clave dentro de la cámara de fabricación de semiconductores hechas de carburo de silicio (SiC) son esenciales para diversas aplicaciones en el proceso de fundición de obleas. Algunas de las piezas importantes de carburo de silicio incluyen:
【Sustratos de Obleas (Wafer) y Soportes de Obleas (Susceptors) de SiC】
Los sustratos de obleas de SiC sirven como la base para el crecimiento epitaxial de otros materiales semiconductores, como el nitruro de galio (GaN). Estos sustratos son cruciales para la fabricación de dispositivos electrónicos de alto rendimiento y alta frecuencia. Los susceptores recubiertos de SiC se utilizan en procesos de deposición química en fase vapor (CVD) y crecimiento epitaxial. Están diseñados para resistir altas temperaturas y entornos corrosivos mientras admiten el crecimiento de películas delgadas y capas epitaxiales.
【Cámaras de Ataque y Cabezales de Ducha de SiC】
El SiC se utiliza para fabricar cámaras de ataque y componentes dentro de las cámaras de ataque (como cabezales de ducha) para procesos como el ataque con plasma y la deposición química en fase vapor. Las excelentes propiedades de estabilidad térmica y resistencia a la corrosión hacen del carburo de silicio una elección duradera para estas aplicaciones.
【Rodamientos y Sellos de SiC】
En equipos de fabricación de semiconductores, se utilizan rodamientos y sellos de SiC debido a su excelente resistencia al desgaste, estabilidad térmica e inertness químico. Estas propiedades del material ayudan a mantener la integridad y estabilidad de las cámaras de procesamiento y entornos al vacío.
【Toberas y Revestimientos Cerámicos de SiC para la Limpieza en Húmedo en la Cámara de Proceso】
Las toberas y revestimientos de SiC se utilizan en procesos de ataque con plasma y limpieza en húmedo, donde se utilizan productos químicos agresivos y corrosivos a temperaturas elevadas. La resistencia química y la estabilidad térmica del carburo de silicio son ventajosas en este contexto.
Mecanismo de Molienda de Carburo de Silicio (SiC)
En las etapas iniciales del molienda, los granos abrasivos en la herramienta de molienda aran la superficie de la pieza de trabajo de carburo de silicio, creando surcos o rayones. Esto se debe principalmente a la dureza de los granos abrasivos y su contacto con la pieza de trabajo.
A medida que el molienda continúa, los granos abrasivos comienzan a cortar el material de carburo de silicio. Esta acción de corte es responsable de la eliminación de material y la generación de la forma y acabado superficial deseados. Algunos materiales de carburo de silicio pueden fracturarse bajo el alto estrés y presión generados durante la molienda. Esto puede dar lugar a la formación de microfisuras y ayudar en la eliminación de material.
Dificultades en la Molienda de Carburo de Silicio (SiC)
La molienda del carburo de silicio (SiC) puede ser desafiante debido a sus propiedades únicas de material y mecánicas. Algunas de las dificultades asociadas con la molienda de carburo de silicio incluyen:
Dureza y Fragilidad
El carburo de silicio es un material extremadamente duro, clasificado como 9 en la escala de Mohs de dureza (cerca del diamante). Esta dureza puede llevar al desgaste excesivo y al desafilado rápido de las herramientas/ruedas de molienda. El material de carburo de silicio también es muy frágil, lo que significa que es propenso a fracturarse durante la molienda. Las fuerzas de molienda crecientes pueden inducir astillado y grietas en el material, afectando la calidad de la superficie acabada.
Alta Fricción e Incremento de las Fuerzas de Molienda
La alta fricción entre la herramienta de molienda y la pieza de trabajo de carburo de silicio se debe principalmente a la acumulación de partículas cerámicas (restos de material de carburo de silicio) en los poros (entre granos abrasivos) de la herramienta de molienda. Una evacuación deficiente de partículas cerámicas puede llevar a la disminución de la capacidad de molienda de la herramienta, lo que resulta en el aumento de las fuerzas de molienda.
Desgaste de la Herramienta y Vestido de la Herramienta
Las herramientas/ruedas de molienda para el carburo de silicio pueden desgastarse muy rápidamente debido a la pérdida rápida de capacidad de molienda debido a una evacuación deficiente de partículas, lo que requiere reemplazos frecuentes y aumenta el costo del proceso de molienda. Es necesario vestir regularmente la herramienta/rueda de molienda para mantener su nitidez y evitar la obstrucción de los granos abrasivos con restos del material de carburo de silicio, lo que puede llevar a una eficiencia de molienda deficiente.
Sin embargo, el vestir regular de la herramienta generalmente consume una gran cantidad de tiempo de proceso, y la herramienta de molienda inevitablemente sufriría un desgaste adicional durante el proceso de vestir. Esto no solo es demorado, sino que también podría llevar a una rápida disminución de la capacidad de molienda de la herramienta.
¿Qué aporta la tecnología de molienda ultrasónica HIT al carburo de silicio (SiC)?
Oscilación Ultrasónica de Alta Frecuencia
La tecnología de mecanizado asistido por ultrasonido de HIT proporciona la superposición de la rotación de la herramienta con una oscilación de alta frecuencia en dirección longitudinal, generando más de 20,000 veces de microvibraciones por segundo. El mecanismo ayuda a reducir las fuerzas de molienda y facilita el lavado de partículas cerámicas.
La oscilación de alta frecuencia en dirección longitudinal permite un contacto intermitente entre la herramienta y la pieza de trabajo. Esto ayuda a eliminar el calor acumulativo alrededor de la herramienta de molienda, lo que resulta en una gran reducción en el desgaste de la herramienta.
Reducción de las Fuerzas de Molienda
La reducción de las fuerzas de molienda no solo disminuye las fricciones entre la herramienta y la pieza de trabajo, sino que también permite aumentar la velocidad de corte y la velocidad de avance. Este mecanismo también ayuda a disminuir el calor generado durante el proceso de mecanizado. Mejora significativamente la calidad de la pieza de trabajo y la estabilidad en la vida útil de la herramienta, y ahorra una gran cantidad de energía y tiempo total del proceso.
Mejor Lavado de Partículas
Facilitar el lavado de partículas cerámicas también reduce las fricciones tanto en la herramienta como en la pieza de trabajo causadas por partículas excesivas pegadas en la herramienta/rueda de molienda. Si los poros (entre abrasivos) de la herramienta de molienda se llenaran con partículas cerámicas acumuladas, la herramienta perdería rápidamente su capacidad de molienda.
La microvibración de alta frecuencia del ultrasonido proporciona un mejor lavado de partículas, lo que ayuda a generar el mecanismo de autoafilado (los granos abrasivos desgastados se desprenden y nuevos granos abrasivos salen para continuar la molienda) de la herramienta/rueda de molienda. Esto puede reducir significativamente el tiempo y el desgaste de la herramienta durante el proceso de vestir la herramienta.
Beneficios de la Tecnología Ultrasónica HIT en la Molienda de Carburo de Silicio (SiC)
En la molienda de carburo de silicio (SiC), la tecnología de mecanizado asistido por ultrasonido de HIT ayuda a reducir las fuerzas de molienda y proporciona un mejor lavado de partículas. Este mecanismo contribuye a un tiempo de proceso mucho más corto (eliminación del proceso de vestir la herramienta), una mejor calidad de la pieza de trabajo (menos grietas en los bordes y mejor calidad de la superficie) y una mayor vida útil de la herramienta (eliminación del proceso de vestir la herramienta y prevención de partículas cerámicas acumulativas).
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