Чому CO₂ вводиться під час процесу нарізання вафельних кубиків?

Введення CO₂ у воду для нарізання під часвафельнийрізання є ефективним технологічним заходом для придушення накопичення статичного заряду та зниження ризику забруднення, тим самим покращуючи продуктивність нарізання та довгострокову надійність стружки.

1. Придушення накопичення статичного заряду

Протягомнарізка вафель, високошвидкісне обертове алмазне лезо працює разом із струменями деіонізованої води під високим тиском для виконання різання, охолодження та очищення. Інтенсивне тертя між лезом і пластиною створює велику кількість статичного заряду; в той же час, DI вода піддається легкій іонізації під високошвидкісним розпиленням і ударом, утворюючи невелику кількість іонів. Оскільки сам кремній має тенденцію накопичувати заряд, якщо цей заряд вчасно не розрядити, напруга може зрости до 500 В або більше та викликати електростатичний розряд (ESD).

Електростатичний розряд може не тільки зруйнувати металеві з’єднання або пошкодити міжшарові діелектрики, але й спричинити прилипання кремнієвого пилу до поверхні пластини через електростатичне притягання, що призводить до дефектів частинок. У більш серйозних випадках це може спричинити проблеми з контактною площадкою, як-от погане з’єднання проводів або відрив зв’язку.

Коли вуглекислий газ (CO₂) розчиняється у воді, він утворює вугільну кислоту (H₂CO3), яка далі дисоціює на іони водню (H⁺) та іони бікарбонату (HCO₃⁻). Це значно збільшує провідність води для нарізання та зменшує її питомий опір. Вища провідність дозволяє швидко відводити статичний заряд через потік води до землі, що ускладнює накопичення заряду на пластинах або поверхнях обладнання.

Крім того, CO₂ є слабо електронегативним газом. У високоенергетичному середовищі він може іонізуватися з утворенням заряджених частинок, таких як CO₂⁺ і O⁻. Ці іони можуть нейтралізувати заряд на поверхні пластини та на частинках у повітрі, ще більше знижуючи ризик електростатичного притягання та електростатичного розряду.

2. Зменшення забруднення та захист поверхні пластини

Нарізання пластин утворює велику кількість кремнієвого пилу. Ці дрібні частинки легко заряджаються і прилипають до пластин або поверхонь обладнання, спричиняючи забруднення частинками. Якщо охолоджувальна вода злегка лужна, вона також може стимулювати іони металів (наприклад, Fe, Ni та Cr, що вивільняються з фільтрів із нержавіючої сталі або трубопроводів), щоб утворити осад гідроксиду металу. Ці осади можуть осідати на поверхні вафель або в межах нарізки, негативно впливаючи на якість стружки.

Після введення CO₂, з одного боку, нейтралізація заряду послаблює електростатичне тяжіння між пилом і поверхнею пластини; з іншого боку, потік газу CO₂ допомагає розсіяти частинки від зони нарізання, зменшуючи їхні шанси на повторне відкладення в критичних областях.

Слабокисле середовище, утворене розчиненим CO₂, також пригнічує перетворення іонів металу в осад гідроксиду, утримуючи метали в розчиненому стані, тому їх легше виносить потік води, що зменшує залишки на пластині та обладнанні.

У той же час CO₂ інертний. Утворюючи певну захисну атмосферу в області нарізання, це може зменшити прямий контакт між кремнієвим пилом і киснем, знижуючи ризик окислення пилу, агломерації та подальшого прилипання до поверхонь. Це допомагає підтримувати чистіше середовище різання та більш стабільні умови процесу.

Введення CO₂ у воду для нарізання під час різання пластин не тільки ефективно контролює статику та ризик електростатичного розряду, але й значно зменшує забруднення пилом і металом, що робить його важливим засобом підвищення продуктивності нарізання та надійності стружки.