Charakterisierung von strukturierten Drähten für den Drahtsägeprozess

© Foto Fraunhofer CSP

Abb. 1: (a) 3D-Modell eines strukturierten Drahtes (skalierte Struktur 100:1); (b) Geometrische Charakterisierung durch Bestimmung der periodischen Biegeparameter (Biegeamplitude ai, Biegeperiode Ti).

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Abb. 2: Korrelation zwischen Simulationsmodell und der experimentell ermittelten Drahtstruktur (Biegeamplitude (a), Biegeperiode (b)).

Im Vergleich zu glatten Sägedrähten impliziert die Geometrie strukturierter Drähte eine signifikant positive Beeinflussung des Waferingprozesses. Deshalb ist es entscheidend, die spezifische Drahtstruktur und dessen mechanisches Verhalten unter Zugbelastung zu charakterisieren, um darauf aufbauend die Schnittleistung optimieren zu können.

Die Strukturierung wird durch zwei periodische Biegemuster generiert (siehe Abbildung 1), welche separat zu kennzeichnen sind. Zu diesem Zweck stellt das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP ein Messgerät und die dazugehörige Auswertungssoftware bereit, dass die Untersuchung von Drahtproben bei verschiedenen Zugkräften, welche die Zugbelastung im Sägeprozess repräsentiert, ermöglicht.

Die Geometrie der Drahtoberfläche wird optisch mit einer senkrechten Sensitivität von 1 µm und einer seitlichen Auflösung von ebenfalls 1 µm abgetastet, sodass der Oberflächenscan alle geometrischen Informationen infolge des Herstellungsprozesses beinhaltet. Anschließend wird ein eigens entwickelter, mathematischer Algorithmus verwendet, um die für den Sägeprozess relevanten Drahtparameter zu ermitteln.

Dazu zählen folgende Eigenschaften des Drahtes:

  • Kerndurchmesser
  • Amplituden und Perioden der zwei Biegemuster
  • Verdrehung
  • Winkel zwischen den Biegeebenen
  • Positionswahrscheinlichkeit des Drahtmittelpunktes

Als Resultat erlaubt die Strukturmessung bei unterschiedlichen Zugbeanspruchungen eine akkurate Beurteilung der Drahtstruktur. Außerdem kann mithilfe eines entwickelten Finite-Elemente-Modells das nichtlineare mechanische Verhalten des Drahtes und die Veränderung der geometrischen Struktur vorhergesagt werden (siehe Abbildung 2). Das Model berücksichtigt die plastischen Deformationen (Verfestigung) des Drahtmaterials sowohl infolge des Herstellungsprozesses, als auch durch die Zugbelastung während des Experiments. Somit ermöglichen das Experiment und das Simulationsmodel eine systematische Untersuchung verschiedener Drahtstrukturen und Durchmesser, um die Gestalt der Struktur und Drahtparameter im Hinblick auf einen optimalen Sägeprozess zu verbessern.