Wafel

Jako płytki [ weɪf (R) ] ( angielski dla „cienkiej” lub „ciastka cienkiej kromce chleba”) są okrągłe lub kwadratowe, około jednego milimetra plastry w mikroelektronice , fotoogniw i technologii mikrosystemów . Są one wykonane z monokrystalicznych lub polikrystalicznych ( półprzewodnikowych ) półfabrykatów, tak zwanych wlewków i są zwykle używane jako podłoże (płyta bazowa) dla elementów elektronicznych , w tym dla układów scalonych (IC, „chipy”), elementów mikromechanicznych lub powłok fotoelektrycznych. Przy produkcji elementów mikroelektronicznych kilka płytek jest zwykle łączonych w jedną partię i przetwarzanych bezpośrednio jedna po drugiej lub równolegle (patrz produkcja seryjna ).

Wafle od 2 cali do 8 cali

Polikrystalicznych płytek półprzewodnikowych, jak ten używany do ogniw słonecznych

budowa

W większości przypadków tarcza jest wykonana z monokrystalicznego krzemu , ale używane są również inne materiały, takie jak węglik krzemu , arsenek galu i fosforek indu . W technologii mikrosystemów stosuje się również wafle szklane o grubości w zakresie 1 mm.

Tarcze produkowane są w różnych średnicach. Główne średnice obecnie stosowanych płytek różnią się w zależności od materiału półprzewodnika i przeznaczenia (krzem: 150 mm, 200 mm i 300 mm - 450 mm są omawiane; arsenek galu : 2  cale , 3 cale, 100 mm, 125 mm i 150 mm - 200 mm wykonalne technicznie). Im większy wafel, tym więcej układów scalonych można na nim pomieścić. Ponieważ złom geometryczny jest mniejszy przy większych waflach, układy scalone można produkować bardziej ekonomicznie (patrz wydajność (technologia półprzewodników) ). Aby zmaksymalizować wydajność, wafle są produkowane w pomieszczeniach czystych .

Koszty produkcji niestrukturalnych płytek zależą od średnicy i materiału (krzem, german , arsenek galu itp.), A także od procesu produkcyjnego (patrz poniżej). Koszty przetworzonych wafli - tzw. Wafli strukturyzowanych - znacznie rosną wraz z liczbą etapów procesu. Nawet po wyprodukowaniu struktur STI , koszty w porównaniu do płytek bez struktury wzrosły co najmniej dwukrotnie. Oprócz liczby przeprowadzonych etapów procesu, koszty zależą również w znacznym stopniu od rozmiaru zastosowanej konstrukcji . Chipy komputerowe na przeciętnej 200 mm płytce o wielkości struktury 90 nm ( technologia 90 nm ) kosztowały około 850 euro na płytkę w połowie 2008 r. Jednak koszty produkcji topowych produktów (na waflach 300 mm), kart graficznych AMD w technologii 28 nm oraz procesorów Intela w technologii 22 nm są znacznie wyższe. W zależności od wielkości chipa na takiej płytce można wyprodukować od kilkudziesięciu do kilkuset chipów. Te koszty nie obejmują wydatków, które powstają po wyprodukowaniu chipa, na przykład pakowania chipów w obudowy.

Produkcja

Sztabka krzemu monokrystalicznego

Produkcja wafli rozpoczyna się od bloku materiału półprzewodnikowego zwanego wlewkiem . Wlewki mogą mieć strukturę monokrystaliczną lub polikrystaliczną i są zwykle wytwarzane w jednym z następujących procesów:

• Proces topienia strefowego
• Metoda Czochralskiego , dostawowo ciecz zamknięta Czochralskiego proces (Proces LEC)
• Metoda Bridgmana-Stockbargera
• Pionowe zatrzymanie gradientu (VGF)
• Procedura na piedestale
• Proces odlewania blokowego lub proces Bridgmana z kontrolowanym procesem topienia i chłodzenia krzemu polikrystalicznego

Wszystkie te procesy ostatecznie wytwarzają mniej lub bardziej cylindryczne lub kwadratowe pojedyncze lub polikryształy, które trzeba pociąć na plasterki, wafle, poprzecznie do ich osi podłużnej. Wycinanie otworów wewnętrznych zostało opracowane w celu optymalizacji precyzji tego specjalnego cięcia przy jak najmniejszej ilości odpadów . Ostrza tnące mają zęby tnące (prawdopodobnie tnące diamenty ) po wewnętrznej stronie otworu wewnętrznego, który musi być nieco większy niż średnica półfabrykatu. W międzyczasie jednak cięcie drutem , które pierwotnie opracowano tylko dla płytek słonecznych, zyskało coraz większą popularność.

W literaturze można znaleźć specjalne oznaczenia wafli, które między innymi wskazują, jaki proces produkcji został zastosowany. Na przykład wafle, które zostały wyprodukowane w procesie Czochralskiego, nazywane są waflami CZ. Analogicznie do tego, określenie wafel FZ jest używane w odniesieniu do płytek, które zostały wyprodukowane w procesie float zone .

W większości zastosowań powierzchnie wafli muszą być wypolerowane do optycznie lustrzanego wykończenia. W tym celu płytki są najpierw docierane, a następnie polerowane chemiczno-mechanicznym, aż do uzyskania wymaganej chropowatości powierzchni (kilka nanometrów ). Kolejnymi ważnymi parametrami geometrycznymi wafli są globalne fluktuacje grubości (angielska całkowita zmienność grubości , TTV), rodzaj i rozmiar osnowy (angielska osnowa waflowa ) lub osnowa (angielska łuk waflowy ) i wiele innych.

Etykietowanie

Konwencje oznaczania płytek silikonowych (1–4 cale) spłaszczeniami (obszary czerwone)

Ponieważ przy obróbce wafli ważne jest dokładne położenie w obrabiarce, wafle (dla arsenku galu o średnicy do 125 mm, dla krzemu o średnicy do 150 mm) są oznaczone tak zwanymi „ spłaszczeniami ”. Za pomocą pierwotnego i ewentualnie drugorzędnego płaskownika pokazano, jaka orientacja kątowa występuje i jaką orientację kryształu ma ta powierzchnia (patrz rysunek). W przypadku większych wafli (dla krzemu o średnicy 150 mm lub więcej) zamiast płaskowników stosuje się tzw. Nacięcia . Mają tę zaletę, że pozwalają na dokładniejsze pozycjonowanie, a przede wszystkim powodują mniejszą ilość odpadów.

Obecnie unikalna identyfikacja płytki w postaci kodu kreskowego , tekstu odczytywalnego metodą OCR i / lub kodu macierzy danych jest również zapisywana laserem w punkcie w pobliżu wycięcia na krawędzi spodniej strony płytki.

W fotowoltaice

Pseudokwadratowe ogniwo słoneczne wykonane z monokrystalicznego krzemu

W fotowoltaice zasadniczo rozróżnia się dwa rodzaje wafli: polikrystaliczne (zwane także wielokrystalicznymi) i monokrystaliczne. Oba typy są produkowane przez piłowanie odpowiednich wlewków . Wlewki polikrystaliczne wykonane są z prostopadłościennych bloków polikrystalicznego krzemu, z których wynika kształt wafla (przeważnie kwadratowy). Z drugiej strony wafle monokrystaliczne są wycinane z cylindrycznych wlewków monokrystalicznych, ponieważ są również wykorzystywane do zastosowań mikroelektronicznych. Zwykle mają kształt „pseudokwadratu”, tj. H. z zaokrąglonymi rogami. W przeciwieństwie do wafli o przekroju kwadratowym przy produkcji okrągłych wlewków monokrystalicznych powstaje mniej odpadów. Nieefektywne, marnotrawne procesy zwiększają koszty i pogarszają równowagę środowiskową. Ponadto odpady są zanieczyszczone (i tworzą zawiesinę ) przez pomoce tnące i ścieranie drutu i mogą być odzyskane tylko z trudnością. Inne procesy, takie jak „ wzrost na krawędziach z podawaniem folii ” (EFG) firmy Schott Solar lub „ taśma sznurkowa ” (SR) firmy Evergreen Solar , umożliwiają wyciąganie bardzo cienkich płytek bezpośrednio ze stopu. Ścieki, energochłonne i zużywające dużo odpadów piły linowe nie są już potrzebne. Grubość płytki jest zwykle znacznie mniejsza niż w mikroelektronice, ok. 200 µm w obecnej masowej produkcji. Nie stosuje się żadnych procesów polerowania. W kilku kolejnych etapach przetwarzania z płytek wytwarzane są ogniwa słoneczne, a co za tym idzie - moduły słoneczne .

linki internetowe

Wikisłownik: Opłatek  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

Indywidualne dowody

1. ↑ wafel rzeczownik. W: Oxford Advanced American Dictionary at OxfordLearnersDictionaries.com. Źródło 25 października 2019 r . 
2. ↑ opłatków. W: Merriam-Webster. Źródło 25 października 2019 r . 
3. ↑ Twój przewodnik po specyfikacjach SEMI dla płytek Si. (PDF; 150 kB) Virginia Semiconductor, czerwiec 2002, dostęp 20 września 2010 (angielski). 
4. ↑ Mark LaPedus: Przemysł zgadza się co do pierwszego standardu płytek 450 mm . EETimes.com, 22 października 2008.
5. ^ Graham Pitcher: Wygląda na to, że w ciągu pięciu lat produkcja 450 mm stała się nadwyżką w stosunku do obecnych wymagań. W: newelectronics.co.uk. 28 czerwca 2016 r. Źródło 14 grudnia 2016 r . 
6. ↑ Marc Sauter: Producent kontraktowy: Intel opracowuje trzy procesy 10 nm i otwiera się na ARM. W: golem.de. 17 sierpnia 2016, obejrzano 14 grudnia 2016 . 
7. ↑ Konferencja Inwestorów TSMC 2008 w drugim kwartale, 31 lipca 2008 ( PDF )
8. ↑ Wejście multicrystalline ingot = multisilicon w glosariuszu ( pamiątka z 11 sierpnia 2011 w Internet Archive ) na temat produkcji płytek krzemowych przez Swiss Wafers, dostęp 16 kwietnia 2010.
9. ↑ Sami Franssila: Wprowadzenie do mikrofabrykacji . John Wiley and Sons, 2010, ISBN 978-0-470-74983-8 , s. 274–275 (sekcja: Specyfikacje mechaniczne płytki półprzewodnikowej ). 
10. ↑ Pomiar grubości, kształtu i płaskości płytek półprzewodnikowych (PDF; 44 kB). MTI Instruments Inc. (przegląd charakterystyk geometrii płytek).
11. ↑ ^{a b} Joachim Frühauf: Materiały w mikrotechnologii . Hanser Verlag, 2005, ISBN 978-3-446-22557-2 , s. 60 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce Google Book). 
12. ↑ Jörn Iken: Ciągnięcie lub piłowanie - porównanie systemów solarenergie.com. 4 grudnia 2006, obejrzano 16 sierpnia 2010.
13. ↑ Nicole Vormann: Zrównoważony rozwój i odpowiedzialność społeczna w przemyśle fotowoltaicznym. (Badanie) Murphy & Spitz, styczeń 2010, obejrzano 4 marca 2010 .