Diamantverktyg för bearbetning av nya industriella material

 

Kisel är ett hårt och sprött material med en Mohs hårdhet på 6,5. Det kan göras till polykristallint kisel och monokristallint kisel enligt applikationen. Det används i stor utsträckning i integrerade kretsar för IC och är också det mest grundläggande och kritiska materialet inom solcellsindustrin. Tillverkningsmetoden för monokristallint kisel är vanligtvis att först framställa polykristallint kisel eller amorft kisel och sedan odla stavformat monokristallint kisel från smältan genom Czochralski-metoden eller suspensionszonssmältningsmetoden. Polykristallint kisel är en form av enkristallint kisel. När smält enkristallkisel stelnar under underkylda förhållanden, arrangeras kiselatomer i form av diamantgitter för att bilda många kristallkärnor. Om dessa kristallkärnor växer till kristallkorn med olika orientering, så kombineras dessa korn för att kristallisera till polykisel

 

två
Bearbetningsflöde av monokristallint kisel och polykristallint kisel

Bearbetningsflödet av monokristallint kisel innefattar huvudsakligen skärning-rundning-fyrkant-skärning-slipning-skiva-fasning-slipning-kemisk etsning-polering och andra steg. Däremot har polykisel inte stegen att skära och runda, och behöver bara skäras i rutor och skivor efter att götet är förberett. Under hela processen att framställa monokristallint kisel och polykristallint kisel från göt till chip krävs diamantverktyg för olika ändamål för att delta i bearbetningen, och bearbetningsnoggrannheten är relativt hög. De specifika stegen och motsvarande verktyg och indikatorer visas i tabell 2. Det framgår av tabell 2 att bearbetningsverktyg baserade på enkristallint kisel och polykristallint kisel huvudsakligen inkluderar diamantsågblad, bandsågar, diamantslipskivor och diamanttrådsågar, etc. .

 

Sammansättningen av safir är Al203, och dess Mohs hårdhet är 9, näst efter hårdheten hos diamant. I den högteknologiska industrin används det huvudsakligen som substrat för LED-ljusemitterande komponenter. Safir är hårt och skört och dyrt. Det kräver vanligtvis hög precision, snabb bearbetningseffektivitet, låg materialförlust och en ren arbetsmiljö under bearbetningen. Diamant är materialet med den högsta hårdheten och den starkaste slitstyrkan i naturen, och diamantverktyg är det bästa valet för att bearbeta detta material.

två
Safirbearbetningsprocess

Från safirglasgötet till det slutliga substratet safirskiva innehåller det huvudsakligen följande steg: växande kristall - dragstång - rullning - orientering av kristallstaven - skivning - slipning - fasning - polering, varje steg är Den måste vara utrustad med olika diamanter verktyg för att färdigställa, de viktigaste verktygen är borr, slipskivor, trådsågar och så vidare.

Kristalltillväxt: använd en kristalltillväxtugn för att odla stora och högkvalitativa enkristallsafirkristaller;

Dra ut stången: använd safirborren för att dra ut safirglasstaven från safirglaset;

Fatslipning: Använd en cylindrisk kvarn för att slipa kristallstången för att få exakt yttercirkelstorlek;

Orientering: Lokalisera noggrant positionen för safirkristallstaven på skärmaskinen, vilket är bekvämt för exakt skärningsbearbetning;

Skiva: Skiva safirgötet i tunna rån med en diamanttrådsåg;

Slipning: ta bort skivans skärskada som orsakats av skivning och förbättra skivans planhet;

Fasning: Trimma kanten på skivan till en cirkulär bågeform för att förbättra den mekaniska styrkan hos arkets kant;

Polering: Förbättra råheten hos wafern så att dess yta kan nå precisionen för epitaxial wafer epitaxi.

(1) Diamant yttre cirkelsågblad

Det yttre cirkelsågbladet i diamant är ett tidigare skärverktyg. Diametern på det diamantpläterade cirkelsågbladet på den yttre omkretsen är cirka 200 mm. Det används mest för att bearbeta runda stavar av enkristallkisel till fyrkantiga kiselstavar. De bearbetade enkristallkiselstavarna är symmetriska rektangulära; För närvarande används även yttre cirkelsågblad av diamant för att skära stavar av safirkristall, vanligtvis varmpressade sintrade diamantsågblad med kontinuerlig kant. Dess fördelar är enkel struktur, enkel manövrering och billigt bladpris, men dess nackdelar är tjocka blad, breda snitt, stora materialförluster och dålig parallellitet i skärytan.

(2) Diamant inre cirkelsågblad

Fördelen med det inre cirkelsågbladet med diamant är att det har god styvhet och kan göras mycket tunt och når {{0}}.1 mm; skärningsnoggrannheten är mycket hög och tjockleksskillnaden för en skiva med en diameter på 200 mm är endast 0,01 mm; varje del kan justeras radiellt och skivad tjocklek Den har flexibel justerbarhet vid bearbetning av små partier och flera specifikationer. Nackdelen är att skadeskiktet på skivans yta är stort; produktiviteten är låg, och endast en bit kan skäras åt gången; endast raka linjer kan skäras och krökta ytor kan inte skäras; wafers med för stor diameter kan inte skäras.

 

Två
Häckande borr med hög precision
Bearbetningsobjektet för kapslingsborrkronan är relativt värdefulla hårda och spröda material såsom safir. Det används främst för bearbetning av klockfodral, optiskt glas och LED-substrat. Precisionskraven på borrkronan är mycket höga. Om vi ​​tar 2-tums kapslingsborrkronan som exempel kan priset på borrkronor i Japan nå mer än 2 500 yuan, och priset på inhemska borrkronor kan också nå mer än 800 yuan. Jämfört med tekniska borrkronor med samma specifikation (cirka 100 yuan), har sådana produkter extremt högt mervärde, och efterfrågan på marknaden ökar år för år, så det har en relativt bred tillämpningsutsikt.

Tillverkningstekniken för kapsborrar inkluderar tillverkningsteknik för ultratunt ringformigt skärhuvud, högprecisionssvetsteknik och uppföljningsslipteknik för borrkronor; bland dem har kvaliteten på det ultratunna ringformade skärhuvudet en avgörande inverkan på produktens slutliga användningsprestanda. Denna teknologi inkluderar en serie produktionsprocesser och driftsstandarder såsom enhetlig blandning, fingranulering, standardiserad varmpresssintring och urformning. Högprecisionssvetsteknik är ett nyckelsteg för att säkerställa borrkronans koncentricitet och svetshållfasthet, inklusive ytbehandling, svetskoncentricitetsjustering och standardiserad svetsning. ; Efterslipningen av borrkronan kan ytterligare förbättra borrkronans precision.

Tre
Diamantsågblad

Ett japanskt företag lanserade en diamanttrådsågprodukt 2006, och den har använts flitigt i Japan och Taiwan. Hittills har det funnits storskaliga diamantsågföretag i Kina, inklusive Changsha Daile och Nanjing Sanchao. Diamanttrådssågar används också i stor utsträckning för att kvadrera och skiva monokristallint kisel, polykristallint kisel och safir, och efterfrågan på marknaden är enorm.

I allmänhet är diametern på diamanttrådsågen som används för kvadrering av kristallkisel {{0}},35 mm, tråddiametern som används för skärning av kristallkisel är 0,12 mm, och tråddiametern för trådsåg som används för att skära safir är i allmänhet 0,25 mm. Jämfört med fri slipande trådsågskärning är kapningseffektiviteten hos diamanttrådsågen avsevärt förbättrad, som visas i tabell 4; När det gäller pris har diamanttrådsågen ändrats från de ursprungliga 3 yuan/m till nuvarande 0,6 yuan per meter. Det främjar också i hög grad möjligheten för kunder att använda högkvalitativa produkter till låga priser.

 

Med applikationen och utvecklingen av stora kiselwafers och safirwafers kommer diamanttrådsågar att bli en ny generation av skärverktyg för kiselwafers och safirwafers. Genom att skära stora kisel-/safirgöt, spara material, höga fördelar, stor produktion och hög effektivitet, kommer denna serie ojämförliga fördelar att värderas högt av företag som bearbetar kiselwafer och safir.

 

Fyra
Diamantbandsåg

Diamantbandsågblad är i allmänhet elektropläterade produkter, lämpliga för att skära kristaller med hög hårdhet som monokristallint kisel, polykristallint kisel och safir, samt skära hårda och spröda material som kristall, glas, jade, stenmosaik, icke-järnmetaller och magnetiska material. Stålbandet är i allmänhet tillverkat av högkvalitativt rostfritt stål, sömlös svetsprocess, utmärkt svetsprestanda, bra elasticitet och seghet, hög utmattningsbeständighet, hög draghållfasthet, lång livslängd och exakt avböjning; skäreggen är gjord av högkvalitativa diamantpartiklar, användningen av stark slitstark bimetall är jämnt och stadigt inlagd på skäreggen, vilket har egenskaperna för lång livslängd, skärpa, slät skäryta, hög effektivitet och lågt ljud . Generellt är bandsågbladets bredd 38 mm, tjockleken är 0,6 mm och omkretsen är 3230~6100 mm, vilket används ofta i stora solcellsföretag.

Fem
Ultrafinkornig diamantslipskiva

Bearbetningen av hårda och spröda material inkluderar runda slipskivor, platta slipskivor, gallringsslipskivor och polerskivor etc., som använder slipskivor för att bearbeta kristallstänger. Diamantpartikelstorleken sträcker sig från 250 # till 8000 #. Keramisk bas, som används vid slipning och polering av kristallint kisel, safir och andra hårda och spröda material, tillhör den största produktkategorin.

Syftet med slipning av kiselskivor är att ta bort sågmärken och ytskada som orsakats av skivning och slipning av skivor, effektivt förbättra skevheten, planheten och parallelliteten hos kiselskivorna och nå en specifikation som kan hanteras med en poleringsprocess. Vid slipning av kiselwafers är det viktigt att kontrollera sprickornas storlek och enhetlighet. Monokristallint kisel är ett hårt och sprött material. När det mals har slipmedlet rullande och mikroskärande effekt. Materialets skada är huvudsakligen mikrobrytande. Glansig yta. Slipningsprocessen kan använda förglasad diamantslipskiva med en partikelstorlek på 35 0#, den bearbetade ytans grovhet är cirka 0,5 μm och slipskivans diameter är vanligtvis 200 mm ~ 350 mm.

Syftet med polering är att förbättra mikrodefekter på ytan av enkristallkiselskivor för att erhålla en waferyta med extremt hög planhet och minimal ytjämnhet, och kräver inget försämrat lager och inga repor på ytan. Poleringsmetod: huvudfunktionen för grovpolering är att ta bort det skadade skiktet, den allmänna borttagningsmängden är cirka 10μm ~ 20μm, och en hartsbaserad slipskiva med en partikelstorlek på 1000#~4000# kan användas; huvudfunktionen för finpolering är att förbättra mikrogrovheten på produktens yta, i allmänhet är borttagningsmängden mindre än 1 μm, och en diamantslipskiva med en partikelstorlek på 8000 # kan väljas.

Sex
Diamant ultratunn sektion

Det ultratunna skärbladet är ett cirkulärt tunt arkobjekt som består av diamant och bindemedel, med en tjocklek mellan 0.015 och 0,5 mm. Det kan delas in i metallbindningsblad och hartsbindningsblad. Bland dem är tjockleken på metallbindningsgalvaniseringsbladet 0.015 mm och 0,1 mm, och tjockleken på metallbindnings-varmpressningsbladet och hartsbindningsbladet är 0,1 mm~0,5 mm. Ultratunna skärskivor används ofta inom den elektroniska industrin för att skära eller skära olika hårda och spröda material, såsom kisel, germanium, galliumfosfid, galliumarsenid, galliumarsenidfosfid, ferrit, litiumniobat, litiumtantalat, piezoelektrisk keramik, optisk keramik, glas, etc.; har egenskaperna hög skärprecision, smal skärförmåga, lång livslängd etc. När den används på specialutrustning kan den användas med en enda kniv eller med flera knivar samtidigt. Med den snabba utvecklingen av informationselektronikindustrin blir skärkraven för mikroelektroniska komponenter och integrerade kretsar högre och högre, och skärvolymen ökar också. Enligt information når den årliga försäljningen av ultratunna skärskivor i världen mer än 500 miljoner US-dollar. För närvarande är marknaden för sådana produkter huvudsakligen ockuperad av världsledande företag som Japan och USA. Knivarna som produceras av dessa företag har stabil prestanda, kompletta specifikationer och hög skärnoggrannhet. mitt lands elektronikindustri går in i en period av snabb utveckling, och efterfrågan på precisionsskärande verktyg har också gått in i en period av snabb tillväxt. Men på grund av den sena starten av utvecklingen av denna typ av produkt i Kina finns det fortfarande många defekter i dess prestanda, som inte kan uppfylla kraven för den snabba utvecklingen av den inhemska marknaden. Det är nödvändigt att importera ett stort antal olika typer av ultratunna ark från utlandet varje år. I Kina finns det väldigt få företag som forskar och tillverkar tunna slipskivor och går in på marknaden, så forskning och utveckling av ultratunna skärskivor har en bred marknadsutsikt.

 

(2) För vissa precisionsdiamantverktyg med hög precision, såsom ultratunna skärskivor, ultrafinkorniga diamantslipskivor och högprecisionsborrkronor, finns det fortfarande ett gap mellan inhemska produkter och utländska produkter, vilket är manifesteras i dålig eller instabil prestanda. Stora och medelstora företag kommer att vara mer villiga att köpa dyra utländska produkter för att upprätthålla stabiliteten i produktionen. Detta innebär också en ny utmaning för inhemska relaterade verktygstillverkare, det vill säga att förbättra produktens prestanda så mycket som möjligt och bibehålla produktkvaliteten samtidigt som produktens noggrannhet uppfyller kraven för användning.

prestanda stabilitet.

(3) Inhemska produkter måste sikta på riktningen för avancerade och precisionsdiamantverktyg. Under produktionsprocessen formuleras strikta produktstandarder och processbestämmelser för att säkerställa produktprestandastabilitet; dessutom högprecisions CNC-verktygsmaskiner, EDM, Trådskärning och annan utrustning för efterföljande trimning och förbättring av produkten.