Dlaczego CO₂ jest wprowadzany podczas procesu krojenia wafli?

Wprowadzanie CO₂ do wody podczas krojeniaopłatekCięcie jest skutecznym środkiem procesowym ograniczającym gromadzenie się ładunków statycznych i zmniejszającym ryzyko zanieczyszczenia, poprawiając w ten sposób wydajność krojenia w kostkę i długoterminową niezawodność wiórów.

1. Tłumienie gromadzenia się ładunków statycznych

Podczaskostka waflowa, szybko obracająca się tarcza diamentowa współpracuje ze strumieniami wody dejonizowanej (DI) pod wysokim ciśnieniem w celu cięcia, chłodzenia i czyszczenia. Intensywne tarcie pomiędzy ostrzem a płytką generuje dużą ilość ładunku statycznego; jednocześnie woda DI ulega niewielkiej jonizacji pod wpływem natryskiwania z dużą prędkością i uderzenia, wytwarzając niewielką liczbę jonów. Ponieważ sam krzem ma tendencję do gromadzenia ładunków, jeśli ładunek ten nie zostanie rozładowany na czas, napięcie może wzrosnąć do 500 V lub więcej i wywołać wyładowanie elektrostatyczne (ESD).

ESD może nie tylko spowodować uszkodzenie metalowych połączeń wzajemnych lub dielektryków międzywarstwowych, ale także spowodować przywieranie pyłu krzemowego do powierzchni płytki poprzez przyciąganie elektrostatyczne, co prowadzi do defektów cząstek. W poważniejszych przypadkach może to powodować problemy z podkładką łączącą, takie jak słabe łączenie przewodów lub odrywanie się wiązania.

Kiedy dwutlenek węgla (CO₂) rozpuszcza się w wodzie, tworzy kwas węglowy (H₂CO₃), który dalej dysocjuje na jony wodorowe (H⁺) i jony wodorowęglanowe (HCO₃⁻). Zwiększa to znacznie przewodność wody kostkowej i zmniejsza jej opór. Wyższa przewodność umożliwia szybkie odprowadzenie ładunku statycznego przez strumień wody do ziemi, co utrudnia gromadzenie się ładunku na powierzchni płytek lub sprzętu.

Ponadto CO₂ jest gazem słabo elektroujemnym. W środowisku wysokoenergetycznym może ulegać jonizacji, tworząc naładowane cząsteczki, takie jak CO₂⁺ i O⁻. Jony te mogą neutralizować ładunek na powierzchni płytki i cząstek unoszących się w powietrzu, dodatkowo zmniejszając ryzyko przyciągania elektrostatycznego i zdarzeń ESD.

2. Zmniejszanie zanieczyszczeń i ochrona powierzchni płytki

Krojenie wafli powoduje powstawanie dużej ilości pyłu krzemowego. Te drobne cząstki łatwo się ładują i przylegają do powierzchni płytek lub sprzętu, powodując zanieczyszczenie cząstkami. Jeśli woda chłodząca jest lekko zasadowa, może również promować jony metali (takie jak Fe, Ni i Cr uwalniane z filtrów lub rurociągów ze stali nierdzewnej), tworząc osady wodorotlenku metalu. Te osady mogą osadzać się na powierzchni płytki lub w obrębie ulic krojenia w kostkę, niekorzystnie wpływając na jakość wiórów.

Po wprowadzeniu CO₂ z jednej strony neutralizacja ładunku osłabia przyciąganie elektrostatyczne pomiędzy pyłem a powierzchnią płytki; z drugiej strony przepływ gazowego CO₂ pomaga rozproszyć cząsteczki ze strefy krojenia w kostkę, zmniejszając ryzyko ich ponownego osadzania się w krytycznych obszarach.

Słabo kwaśne środowisko utworzone przez rozpuszczony CO₂ hamuje również konwersję jonów metali w wytrącające się wodorotlenki, utrzymując metale w stanie rozpuszczonym, dzięki czemu są łatwiej porywane przez przepływ wody, co zmniejsza pozostałości na płytce i sprzęcie.

Jednocześnie CO₂ jest obojętny. Tworząc pewną atmosferę ochronną w obszarze kostkowania, może zmniejszyć bezpośredni kontakt pyłu krzemowego z tlenem, zmniejszając ryzyko utleniania pyłu, aglomeracji i późniejszego przylegania do powierzchni. Pomaga to w utrzymaniu czystszego środowiska skrawania i bardziej stabilnych warunków procesu.

Wprowadzenie CO₂ do wody podczas cięcia płytek nie tylko skutecznie kontroluje ryzyko ładunków elektrostatycznych i wyładowań elektrostatycznych, ale także znacznie zmniejsza zanieczyszczenie pyłem i metalami, co czyni go ważnym sposobem poprawy wydajności krojenia w kostkę i niezawodności wiórów.