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技術(shù)文章

金剛石線切割的原理、特點及其在精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用

閱讀:1492          發(fā)布時間:2024-6-25

金剛石線切割

20世紀(jì)90年代,國際上為了解決大尺寸硅片的加工問題,采用了線鋸加工技術(shù)將硅棒切割成片。早期的線鋸加工技術(shù)是采用裸露的金屬線和游離的磨料,在加工過程中,將磨料以第三者加入到金屬線和加工件之間產(chǎn)生切削作用。這種技術(shù)被成功地用于對硅和碳化硅的加工。為了進一步縮短加工時間,以及對其它堅硬物質(zhì)和難以加工的陶瓷進行加工,人們將金剛石磨料以一定的方式固定到金屬線上,從而產(chǎn)生了固定金剛石線鋸。

1.1金剛石線切割的原理


                       image.png

                   

                      圖1.1金剛石線切割原理圖


如圖1.1高速往復(fù)運動的切割線帶動砂漿到切割區(qū),使砂漿中的研磨顆粒(SiC顆粒)與硅棒表面高速磨削,由于研磨顆粒有非常銳利的棱角,并且硬度遠大于硅棒的硬度,所以硅棒與線鋸接觸的區(qū)域逐漸被砂漿磨削掉,進而達到切割的效果,同時砂漿也可以帶走磨削中產(chǎn)生的大量熱能。

在對金剛石線鋸切割機理的認識過程中,許多研究者認為,金剛石磨粒的微觀切削運動是一個滾動、嵌入過程,提出了“滾動 -嵌入"模型。人提出鋸絲施加在磨粒上的力帶動磨粒沿切削表面滾動,同時壓擠磨粒嵌入切削表面,從而形成剝落片屑和表面裂縫,形成宏觀的切割作用。重點研究了磨粒嵌入工件時的應(yīng)力分布和作用, 發(fā)現(xiàn)磨粒對材料的最大剪切應(yīng)力發(fā)生在微觀切削表面之下,據(jù)此對磨料的選擇進行優(yōu)化。人指出在 “滾動 - 嵌入" 模型中,磨粒的運動除滾動和嵌入外,還包括刮擦, 三者共同形成切削作用。人則在這個模型中考慮了磨漿的作用并認為,在鋸絲帶動游離磨料切割硅錠的小區(qū)域內(nèi),鋸絲與磨漿的運動構(gòu)成了一個彈性流體動力學(xué)環(huán)境,用有限元方法分析鋸絲與硅錠間的磨漿彈性流體動力學(xué)模型,得到磨漿薄膜厚度和壓力分布關(guān)于走絲速度、磨漿粘度和切割條件的函數(shù), 還得出結(jié)論:磨漿薄膜厚度大于平均磨粒尺寸,是磨粒的流動產(chǎn)生了切削。

1.2  金剛石線切割的導(dǎo)線輪

     根據(jù)切割材料直徑不同和設(shè)備制造廠家的技術(shù)考慮導(dǎo)線輪有2輪、3輪、4輪不等,安裝方法有2輪平行、等邊三角形或梯形,如圖1.2所示。

 

image.png

 

1.2導(dǎo)線輪安裝形式

導(dǎo)線輪是控制片厚的關(guān)鍵部件,導(dǎo)線輪是用高分子材料制作的精密滾輪,在其表而刻有等同于線寬、深的螺旋槽,切割時將線繞在導(dǎo)線輪上。要求其材料耐磨性要好、剛度要高,在切割張緊時不能變形:片厚的控制取決于槽間寬度,槽間寬度誤差應(yīng)小于5um,所以對材質(zhì)要求和加工精度都非常高[4]。

1.3  金剛石線切割的特點

a) 可加工非導(dǎo)電材料 而傳統(tǒng)的放電加工則不能

b) 可進行多線切割

c) 刀縫損失小 這對加工成本高的半導(dǎo)體和貴重材料非常重要。用直徑350 m 的金剛石線切SiC單晶時刀縫才為0 .3048 mm

d) 可自由改變切割位向

1.4 金剛石線切割的應(yīng)用

20世紀(jì)90年代,國際上為了解決大尺寸硅片的加工問題,采用了線鋸加工技術(shù)將硅棒切割成片,這種技術(shù)被成功地用于對硅和碳化硅的加工。

目前,采用金剛石工具切割花崗石是石材加工常用的方法之一,在光電子工業(yè)中使用最為廣泛的是往復(fù)式多線鋸金剛石線切割被廣泛的用在大尺寸半導(dǎo)體和光電池薄片切割。


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