Кремниевые пластины являются основой современной электроники, выступая в качестве подложки для интегральных схем (ИС), солнечных элементов и других полупроводниковых приборов. В то время как в промышленных процессах для резки пластин обычно используются прецизионные станки, такие как алмазные пилы, ручная резка может потребоваться для создания прототипов, исследований или мелкосерийного производства. В этой статье рассматриваются методы, инструменты и меры предосторожности, связанные с ручной резкой кремниевых пластин.

1. понимание свойств кремниевой пластины

Прежде чем приступать к резке кремниевой пластины, важно понять ее свойства:

• хрупкость: кремний — твердый, но хрупкий материал, поэтому он склонен к растрескиванию.

• ориентация кристалла: кремний имеет кристаллическую структуру, и неправильная резка может привести к расколу вдоль кристаллографических плоскостей.

• толщина: вафли обычно варьируются от 100 мкм до 1 мм толщиной, требующей осторожного обращения.

2. инструменты, необходимые для ручной резки

Для ручной резки кремниевых пластин требуются специальные инструменты, обеспечивающие чистый разрыв:

а) алмазный резец

• скрайбирующий инструмент с алмазным наконечником создает неглубокую канавку (бороздку) на поверхности пластины.

• предпочтителен из-за своей твердости, которая сопоставима с хрупкостью кремния.

б) скрайбер из карбида вольфрама

• альтернатива алмазным резцам, но может изнашиваться быстрее.

в) разрывное приспособление (необязательно)

• точное приспособление, помогающее равномерно распределить давление по всей линии разметки для чистого разбивания.

г) пинцет и вакуумный захват

• для обработки тонких пластин без образования микротрещин.

е) средства безопасности

• перчатки, стойкие к порезам (осколки кремния острые).

• защитные очки (предотвращает травмы глаз от разлетающихся осколков).

• чистое помещение или рабочее пространство без пыли (во избежание загрязнения).

3. пошаговый процесс ручной резки

шаг 1: разметка линии разреза

• использовать неперманентный маркер или вафельная ручка чтобы нарисовать желаемый путь резки.

• убедитесь, что линия следует за пластиной ориентация кристалла (если известно) для минимизации сколов.

шаг 2: скрайбирование пластины

• поместите пластину на ровная, устойчивая поверхность (например, стеклянная пластина).

• держите алмазный резец на расстоянии угол 15-30° и применить твердое, равномерное давление по отмеченной линии.

• делать один непрерывный проход— повторное нанесение царапин увеличивает риск перелома.

шаг 3: разломка пластины

• вариант а: ручной тормоз

• совместите начерченную линию с краем стола.

• слегка надавите вниз на нависающую сторону.

• вариант б: с использованием ломового приспособления

• поместите пластину в приспособление, совместив линию разметки с точкой опоры.

• равномерно надавите, чтобы аккуратно разделить вафлю.

шаг 4: сглаживание краев (необязательно)

• использовать мелкозернистая наждачная бумага (зернистость 1000+) или притирочная пленка для удаления острых краев.

• очистить пластину с помощью изопропиловый спирт (ИПС) для удаления мусора.

4. Проблемы и типичные ошибки

а) неровные или зазубренные разрывы

• причина: непостоянное давление при скрайбировании или несоосность.

• решение: сначала потренируйтесь на обрезках пластин.

б) микротрещины

• причина: чрезмерное усилие при разметке или разламывании.

• решение: использовать ломать кондуктор для контролируемого приложения силы.

в) загрязнение

• причина: пыль или масла от обработки.

• решение: работа в чистая окружающая среда и использовать безворсовые перчатки.

5. Когда следует избегать ручной резки

ручная резка - это не идеален для:

• массовое производство (автоматизированные пилы для резки кубиками работают быстрее и точнее).

• чрезвычайно тонкие пластины (<100µm) (high risk of cracking).

• high-precision applications (manual cuts may have ±50µm tolerances).

6. alternatives to manual cutting

if manual cutting proves too difficult, consider:

• laser cutting: high precision but requires expensive equipment.

• dicing saw: industrial method using a diamond-blade saw.

• pre-cut wafers: purchasing wafers in custom sizes from suppliers.

conclusion

manually cutting silicon wafers is a delicate process requiring patience, the right tools, and proper technique. while it’s feasible for small-scale applications, automated methods remain superior for high-volume production. by following best practices—such as using a diamond scriber, maintaining a clean workspace, and avoiding excessive force—you can achieve clean, usable wafer cuts without costly machinery.

whether you're a researcher, hobbyist, or engineer, mastering manual wafer dicing can be a valuable skill in semiconductor prototyping and experimentation.

safety reminder: always wear protective gear and handle silicon wafers with care to prevent injury and material loss!