Устройство для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки
DEVICE FOR SEPARATION OF METALLIZED SEMICONDUCTOR PLATE AFTER DISC CUTTING

Область применения предлагаемого устройства для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки - полупроводниковые приборы, способы и устройства, предназначенные для изготовления и обработки полупроводниковых приборов или их частей с использованием струй текучей среды.
Известно газодинамическое импульсное устройство для создания импульсного потока газа с заданными значениями температуры и давления, существующего в течение небольшого интервала времени (см. статью В.И. Звегинцева «Применение пневмоимпульсных технологий в теплоэнергетической промышленности» https://www.rosteplo.ru), в том числе для устранения нависания и налипания на стенках бункеров и емкостей, принятое за аналог.
В настоящее время пневмоимпульсные технологии разработаны для решения следующих задач: устранение зависания и налипания на стенках бункеров и емкостей; очистка внутренних поверхностей трубопроводов; очистка теплообменников различных конструкций и размеров; очистка вентиляционных устройств; очистка поверхностей электрооборудования; очистка систем отопления промышленных и бытовых зданий; очистка стенок химических реакторов; очистка теплообменных поверхностей котельных агрегатов. Основная экономическая целесообразность применения пневмоимпульсных технологий состоит в устранении трудоемких, дорогостоящих и опасных ручных операций.
Общим для всех пневмоимпульсных технологий является использование кратковременного ударно-волнового воздействия мощной импульсной струи воздуха, которая создается при помощи специальных пневмоимпульсных генераторов.
Признак аналога, общий с предлагаемым устройством для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки, следующий: применение импульсного газового потока для отделения сегментов эпитаксиальной структуры от фасок чипов.
Недостаток устройства-прототипа применительно к технологии изготовления фотопреобразователей заключается в том, что устройство не позволяет эффективно разделять металлизированную полупроводниковую пластину после дисковой резки, так как не обеспечивает необходимый многократный перегиб сплошного тыльного слоя металлизации.
Разделение металлизированной полупроводниковой пластины на отдельные чипы используется в технологии изготовления высокоэффективных фотопреобразователей (см. патент РФ №2741743, опубл. 28.01.2021 г.), принятый за аналог, в котором создают на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры лицевой и тыльный контакты, выполняют дисковую резку эпитаксиальной структуры, вскрывают оптическое окно травлением, напыляют просветляющее покрытие, выполняют химико-динамическое травление, причем дисковую резку выполняют с отделением сегментов эпитаксиальной структуры от вертикальных и горизонтальных сторон чипов, а после химико-динамического травления отделяют сегменты эпитаксиальной структуры от фасок чипов.
Недостаток данного аналога заключается в повышенной вероятности повреждения фасок фотопреобразователей при отделении сегментов эпитаксиальной структуры посредством надламывания подложки по линии дискового реза и последующего многократного перегиба (5÷7 раз) тыльного слоя металлизации.
Признак, общий с предлагаемым устройством разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки, следующий: отделение сегментов эпитаксиальной структуры от фасок чипов.
Известен способ и устройство для разделения листа хрупкого изоляционного материала (см. Patent USA №20060143908, опубл. 07.06.2006), в котором устройство содержит гибкий приспособляемый носитель на подвижной опорной плите, имеющий нижнюю опорную часть и верхнюю часть, снабженную конструктивными элементами в виде решетки с набором разнесенных ребер, причем каждое ребро расположено над пропилами хрупкого изоляционного листа, кроме того, устройство содержит наковальню в виде жесткой дугообразной опоры над носителем, выполненную параллельно набору ребер, а также камеру приложения гидравлического или пневматического давления, поддерживающую гибкую и упругую мембрану, приводной механизм для приложения гидравлического или пневматического давления в камере для расширения мембраны. Дополнительно в устройстве предусмотрен механический интерфейс для поворота дугообразной опоры во второе положение над держателем параллельно второму набору ребер.
Недостаток прототипа заключается в низком выходе годных фотопреобразователей, обусловленном повреждениями полупроводниковой пластины, вносимыми при осуществлении перегиба тыльного слоя металлизации.
Признаки прототипа, общие с предлагаемым устройством для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки, следующие: носитель, расположенный на подвижной опорной плите, с возможностью перемещения по направляющим полозьям, содержащий верхнюю часть с конструктивными элементами, расположенными параллельно пропилам на полупроводниковой пластине, нижнюю опорную часть, а также наковальню, выполненными с возможностью изгибающего воздействия на полупроводниковую пластину посредством пневматического давления.
Отличительные признаки предлагаемого устройства для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки, обеспечивающие его соответствие критерию «новизна» следующие: верхняя и нижняя опорная части носителя выполнены в виде прижимных листов, причем верхняя часть носителя выполнена с функцией наковальни, имеющей технологические отверстия над которыми расположены сопла для прохождения газовых потоков в вертикальном направлении над удаляемыми сегментами полупроводниковой пластины, а нижняя опорная часть носителя выполнена с торцевыми гранями, расположенными параллельно пропилам, при этом в торцевых гранях выполнены сопла с отверстиями, изготовленными с возможностью прохождения газовых потоков в направлении под углом к плоскости наковальни, кроме того, в устройство дополнительно введен блок управления газовыми потоками, содержащий воздушные электроклапаны, реле времени и редуктор давления.
Технический результат, достигаемый предложенным устройством для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки, заключается в повышении выхода годных фотопреобразователей за счет прецизионного выполнения многократного перегиба тыльного слоя металлизации.
Достигается это тем, что в устройстве для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки, включающем носитель, расположенный на подвижной опорной плите, с возможностью перемещения по направляющим полозьям, содержащий верхнюю часть с конструктивными элементами, расположенными параллельно пропилам на полупроводниковой пластине, нижнюю опорную часть, а также наковальню, выполненными с возможностью изгибающего воздействия на полупроводниковую пластину посредством пневматического давления, верхняя и нижняя опорная части носителя выполнены в виде прижимных листов, причем, верхняя часть носителя выполнена с функцией наковальни, имеющей технологические отверстия над которыми расположены сопла для прохождения газовых потоков в вертикальном направлении над удаляемыми сегментами полупроводниковой пластины, а нижняя опорная часть носителя выполнена с торцевыми гранями, расположенными параллельно пропилам, при этом, в торцевых гранях выполнены сопла с отверстиями, изготовленными с возможностью прохождения газовых потоков в направлении под углом к плоскости наковальни, кроме того, в устройство дополнительно введен блок управления газовыми потоками, содержащий воздушные электроклапаны, реле времени и редуктор давления.
Предлагаемое устройство для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки иллюстрировано на фигурах 1÷3. На фиг. 1а, б представлен фрагмент металлизированной полупроводниковой пластины: а) - до; б) - после отделения сегментов от фасок чипа фотопреобразователя. На фиг. 2а, б, в представлены: а) - чертеж устройства для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки; б) - чертеж блока управления; в) - чертеж фрагмента устройства для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки. На фиг. 3а, б представлен общий вид устройства для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки: а) - при загрузке; б) - в процессе работы.
Устройство для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки (см. фиг. 2а, б, в) состоит из носителя 1 полупроводниковой пластины, содержащего съемную верхнюю 2 и закрепленную нижнюю 3 опорную части в виде прижимных листов, при этом съемная верхняя часть 2 (крышка) выполнена с функцией наковальни, имеющей технологические отверстия 4, а закрепленная нижняя часть 3 (столик) выполнена с конфигурацией торцевых граней 5 соответственно линиям пропила в подложке и снабжена ограничительными бортиками 6. Носитель 1 расположен на подвижной опорной плите 7 с возможностью перемещения по направляющим полозьям 8 из местоположения для загрузки в позицию для обработки. При расположении носителя 1 в позиции для обработки над технологическими отверстиями 4 расположены сопла 9, с возможностью подачи газовых потоков в вертикальном направлении сверху вниз над удаляемыми сегментами полупроводниковой пластины. В торцевых гранях нижней части 3 носителя 1, под отверстиями 4, расположены сопла 10, имеющие отверстия 11, изготовленные с возможностью подачи газовых потоков под углом к горизонтальной плоскости наковальни. Газовые потоки к соплам 9 и 10 подводятся по газовым каналам 12 и 13 соответственно. Переключение газовых потоков по каналам 12 и 13 выполняется посредством воздушных электроклапанов 14 блока управления газовыми потоками 15 (см. фиг. 2б). Давление газовых потоков (1÷3 атм) регулируется редуктором 16. Длительность газовых импульсов устанавливается посредством реле времени 17. Сегменты полупроводниковой пластины после разделения подложки накапливаются в корзине 18.
Для конкретного примера разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки в технологии изготовления фотопреобразователей создают на трехкаскадных эпитаксиальных структурах, выращенных на германиевой подложке, лицевой в виде гребенки и сплошной тыльный контакты фотопреобразователя, выполняют дисковую резку эпитаксиальной структуры, вскрывают оптическое окно травлением, напыляют просветляющее покрытие, выполняют химико-динамическое травление, причем дисковую резку выполняют с отделением сегментов эпитаксиальной структуры от вертикальных и горизонтальных сторон чипов, а после химико-динамического травления отделяют сегменты эпитаксиальной структуры от фасок чипов.
Разделение металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой структуры выполняют посредством надлома подложки по линии дискового реза и последующего многократного перегиба тыльного слоя металлизации с помощью разнонаправленных короткоимпульсных газовых потоков: воздуха или азота. Фрагмент металлизированной полупроводниковой пластины до и после отделения нерабочих сегментов пластины от фасок чипа фотопреобразователя представлен на фиг. 1а, б.
Устройство для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки в конкретном примере отделения сегментов пластины от фасок чипа фотопреобразователя (см. фиг. 2а, б, в; фиг. 3а, б) работает следующим образом: в носитель 1 укладывается фрагмент полупроводниковой пластины, состоящий из фотопреобразователя с габаритными размерами 40×80 мм трапециевидной конфигурации с двумя нерабочими сегментами. При этом линии дискового реза (пропилы) между фотопреобразователем и нерабочими сегментами расположены параллельно торцевым граням 5 нижней опорной части 3 носителя 1 с отступом ~0,5 мм. Носитель 1 перемещается на опорной плите 7 по направляющим полозьям 8 в позицию для обработки. Включается блок управления газовыми потоками 15. Короткоимпульсный (длительностью ~0,1 с) воздушный поток по каналу 12 из сопла 9, проходит в вертикальном направлении сверху вниз через технологические отверстия 4 прижимного листа (наковальни) верхней части 2 носителя 1 и оказывает давление на сегменты полупроводниковой пластины, при этом происходит надлом подложки и разворот сегментов в вертикальное положение, сопровождаемое изгибом тыльного слоя металлизации. Затем осуществляется автоматическое (посредством электроклапанов 14 блока управления 15) переключение воздушного потока в канал 13 и газовые струи сопла 10, проходя через отверстия 11 в направлении под углом ~15° к горизонтальной плоскости наковальни, возвращают сегменты пластины в исходное положение, ограниченное прижимным листом верхней части 3 носителя 1. Формирование газовых потоков из отверстий 11 сопла 10 в направлении под острым углом (10÷20°) к плоскости наковальни необходимо для выполнения обратного перегиба тыльного слоя металлизации и удержания сегментов пластины в горизонтальном положении. После осуществления 4÷5 циклов принудительного изгиба тыльного слоя металлизации, выполняемых в течение ~1 с, сегменты пластины удаляются воздушным потоком в приемную корзину 18, газовые каналы 12, 13 отключаются. Далее платформа 7 перемещается в исходное положение и извлекается фотопреобразователь.
Предложенное устройство для разделения металлизированной полупроводниковой пластины после дисковой резки обеспечивает отделение сегментов пластины от чипов фотопреобразователей, повышающее выход годных приборов и производительность труда, за счет: высокой точности позиционирования торцевых граней 5 нижней опорной части 3 носителя 1 параллельно линиям пропилов полупроводниковой пластины; контролируемой величины пневматической нагрузки на отделяемый сегмент полупроводниковой пластины; ограничения разворота отделяемого сегмента полупроводниковой пластины в процессе перегибов плоскостью наковальни; высокого быстродействия при автоматизированном выполнении операции.