Алмазные инструменты для обработки новых промышленных материалов

 

Кремний — твердый и хрупкий материал с твердостью по шкале Мооса 6,5. Он может быть превращен в поликристаллический кремний и монокристаллический кремний в соответствии с заявкой. Он широко используется в интегральных схемах ИС, а также является самым основным и важным материалом в фотоэлектрической промышленности. Метод производства монокристаллического кремния обычно заключается в том, чтобы сначала приготовить поликристаллический кремний или аморфный кремний, а затем вырастить монокристаллический кремний в форме стержней из расплава методом Чохральского или методом плавления в суспензионной зоне. Поликристаллический кремний представляет собой форму монокристаллического кремния. Когда расплавленный монокристаллический кремний затвердевает в условиях переохлаждения, атомы кремния располагаются в форме алмазных решеток, образуя множество кристаллических зародышей. Если эти зародыши кристаллов вырастают в кристаллические зерна с различной ориентацией, то эти зерна объединяются, чтобы кристаллизоваться в поликремний.

 

два
Поток обработки монокристаллического кремния и поликристаллического кремния

Процесс обработки монокристаллического кремния в основном включает в себя резку-скругление-квадратную резку-шлифовку-нарезку-снятие фаски-шлифовку-химическое травление-полировку и другие этапы. Напротив, поликремний не имеет этапов резки и округления, и его нужно разрезать на квадраты и ломтики только после того, как слиток подготовлен. На протяжении всего процесса подготовки монокристаллического кремния и поликристаллического кремния от слитка до стружки в обработке должны участвовать алмазные инструменты различного назначения, точность обработки которых относительно высока. Конкретные шаги и соответствующие инструменты и показатели показаны в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что инструменты для обработки на основе монокристаллического кремния и поликристаллического кремния в основном включают алмазные пилы, ленточные пилы, алмазные шлифовальные круги и алмазные канатные пилы и т. д. .

 

Состав сапфира — Al203, а его твердость по шкале Мооса — 9, уступая только твердости алмазу. В высокотехнологичной промышленности он в основном используется в качестве подложки для светодиодных светоизлучающих компонентов. Сапфир твердый, хрупкий и дорогой. Обычно это требует высокой точности, быстрой эффективности обработки, низких потерь материала и чистой рабочей среды во время обработки. Алмаз — это материал с самой высокой твердостью и самой высокой износостойкостью в природе, и алмазные инструменты — лучший выбор для обработки этого материала.

два
Процесс обработки сапфира

От слитка сапфирового стекла до конечного сапфирового среза подложки он в основном включает следующие этапы: выращивание кристалла - вытягивание стержня - прокатка - ориентация кристаллического стержня - нарезка - шлифовка - снятие фаски - полировка, каждый шаг должен быть оснащен различным алмазом. инструменты для завершения, основными инструментами являются сверла, шлифовальные круги, проволочные пилы и так далее.

Выращивание кристаллов: используйте печь для выращивания кристаллов для выращивания крупных и высококачественных кристаллов монокристаллического сапфира;

Вытяните стержень: используйте сверло для сапфира, чтобы вытащить стержень сапфирового стекла из сапфирового стекла;

Шлифовка ствола: используйте цилиндрический шлифовальный станок для шлифовки хрустального стержня, чтобы получить точную точность размера внешнего круга;

Ориентация: точно определите положение стержня из сапфирового стекла на слайсере, что удобно для точной обработки нарезки;

Нарезка: нарезка сапфирового слитка на тонкие пластины с помощью пилы с алмазной проволокой;

Шлифовка: удалите слой повреждения пластины, вызванный нарезкой, и улучшите плоскостность пластины;

Снятие фаски: обрежьте край пластины в форме дуги окружности, чтобы улучшить механическую прочность края листа;

Полировка: улучшите шероховатость пластины, чтобы ее поверхность могла достичь точности эпитаксиальной эпитаксии пластины.

(1) Внешний алмазный пильный диск

Алмазное внешнее круглое пильное полотно является более ранним режущим инструментом. Диаметр диска циркулярной пилы с алмазным покрытием по внешней окружности составляет около 200 мм. Он в основном используется для обработки монокристаллических кремниевых круглых стержней в кремниевые квадратные стержни. Обработанные монокристаллические кремниевые стержни имеют прямоугольную симметричную форму; В настоящее время алмазные наружные дисковые пилы также используются для резки стержней из сапфирового стекла, как правило, алмазные пилы горячего прессования со спеченной непрерывной кромкой. Его преимуществами являются простая конструкция, простота в эксплуатации и дешевая цена лезвия, но его недостатки - толстое лезвие, широкий пропил, большие потери материала и плохая параллельность режущей поверхности.

(2) Алмазный внутренний диск для циркулярной пилы

Преимущество внутреннего алмазного диска циркулярной пилы заключается в том, что он обладает хорошей жесткостью и может быть очень тонким, достигая {{0}},1 мм; точность нарезки очень высока, а разница в толщине пластины диаметром 200 мм составляет всего 0,01 мм; каждый кусок можно регулировать по радиусу и толщине нарезки. Он имеет гибкую возможность регулировки при обработке небольших партий и нескольких спецификаций. Недостатком является то, что слой повреждений на поверхности среза большой; производительность низкая, за один раз можно разрезать только одну деталь; резать можно только прямые линии, криволинейные поверхности резать нельзя; пластины слишком большого диаметра нельзя разрезать.

 

Два
Высокоточное гнездовое сверло
Объектом обработки гнездового сверла являются относительно ценные твердые и хрупкие материалы, такие как сапфир. Он в основном используется для обработки корпусов часов, оптического стекла и светодиодных подложек. Требования к точности сверла очень высоки. Если взять в качестве примера 2-дюймовое сверло, цена на него в Японии может достигать более 2500 юаней, а цена отечественных сверл также может достигать более 800 юаней. По сравнению с инженерными буровыми долотами той же спецификации (около 100 юаней), такие продукты имеют чрезвычайно высокую добавленную стоимость, а спрос на рынке увеличивается из года в год, поэтому они имеют относительно широкую перспективу применения.

Технология изготовления гнездового сверла включает в себя технологию изготовления ультратонкой кольцевой режущей головки, технологию высокоточной сварки и технологию последующего шлифования сверла; среди них качество ультратонкой кольцевой режущей головки оказывает решающее влияние на характеристики конечного использования продукта. Эта технология включает ряд производственных процессов и операционных стандартов, таких как равномерное смешивание, мелкое гранулирование, стандартизированное спекание в горячем прессе и извлечение из формы. Технология высокоточной сварки является ключевым шагом для обеспечения концентричности и прочности сварки сверла, включая обработку поверхности, регулировку концентричности сварки и стандартизированную сварку. ; Последующее шлифование сверла может еще больше повысить точность сверла.

Три
Алмазный пильный диск

В 2006 году японская компания выпустила алмазную канатную пилу, которая широко используется в Японии и на Тайване. До сих пор в Китае существовали крупные компании по производству алмазных канатных пил, в том числе Changsha Daile и Nanjing Sanchao. Алмазные канатные пилы также широко используются для придания квадратной формы и резки монокристаллического кремния, поликристаллического кремния и сапфира, и спрос на них огромен.

Как правило, диаметр канатной алмазной пилы, используемой для поперечной резки кристаллического кремния, составляет {{0}},35 мм, диаметр проволоки, используемой для резки кристаллического кремния, составляет 0,12 мм, а диаметр проволоки Проволочная пила, используемая для резки сапфира, обычно имеет диаметр 0.25 мм. По сравнению с резкой канатной пилой со свободным абразивом, эффективность резки алмазной канатной пилой значительно выше, как показано в таблице 4; с точки зрения цены, алмазная канатная пила изменилась с первоначальных 3 юаней/м до нынешних 0,6 юаней за метр. Это также значительно расширяет возможность для клиентов использовать высококачественную продукцию по низким ценам.

 

С применением и разработкой кремниевых пластин большого размера и сапфировых пластин алмазные проволочные пилы станут новым поколением режущих инструментов для кремниевых и сапфировых пластин. Резка кремниевых/сапфировых слитков большого размера, экономия материалов, высокие преимущества, большая производительность и высокая эффективность, этот ряд несравненных преимуществ будет высоко оценен предприятиями по переработке кремниевых пластин и сапфиров.

 

Четыре
Алмазная ленточная пила

Алмазные ленточные пилы, как правило, представляют собой продукты с гальваническим покрытием, подходящие для резки кристаллов высокой твердости, таких как монокристаллический кремний, поликристаллический кремний и сапфир, а также для резки твердых и хрупких материалов, таких как хрусталь, стекло, нефрит, каменная мозаика, цветные металлы. и магнитные материалы. Стальная лента, как правило, изготавливается из высококачественной нержавеющей стали, с бесшовным процессом сварки, отличными характеристиками сварки, хорошей эластичностью и ударной вязкостью, высокой усталостной прочностью, высокой прочностью на растяжение, длительным сроком службы и точным отклонением; режущая кромка изготовлена ​​из высококачественных алмазных частиц, использование прочного износостойкого биметалла равномерно и прочно инкрустировано на режущей кромке, которая имеет характеристики длительного срока службы, остроты, гладкой режущей поверхности, высокой эффективности и низкий уровень шума . Как правило, ширина полотна ленточной пилы составляет 38 мм, толщина 0,6 мм, а окружность составляет 3230~6100 мм, что широко используется на крупных фотоэлектрических предприятиях.

Пять
Ультрамелкозернистый алмазный шлифовальный круг

Обработка твердых и хрупких материалов включает круглые шлифовальные круги, плоские шлифовальные круги, утончающие шлифовальные круги и полировальные круги и т. д., которые используют шлифовальные круги для обработки кристаллических стержней. Размер алмазных частиц колеблется от 250# до 8000#. Керамическая основа, используемая при шлифовке и полировке кристаллического кремния, сапфира и других твердых и хрупких материалов, относится к самой многочисленной категории изделий.

Цель шлифовки кремниевых пластин состоит в том, чтобы удалить следы от пилы и слой повреждения поверхности, вызванные нарезкой и шлифованием кругом, эффективно улучшить деформацию, плоскостность и параллельность кремниевых пластин, а также достичь спецификации, с которой можно справиться в процессе полировки. При шлифовании кремниевых пластин важно контролировать размер и равномерность трещин. Монокристаллический кремний является твердым и хрупким материалом. При шлифовке абразив обладает эффектом прокатки и микрореза. Повреждение материала в основном микроразрывы. Глянцевая отделка. В процессе шлифования может использоваться шлифовальный круг из керамического алмаза с размером частиц 35 0 #, шероховатость обрабатываемой поверхности составляет около 0,5 мкм, а диаметр шлифовального круга обычно составляет 200–350 мм.

Целью полировки является устранение микродефектов на поверхности пластин монокристаллического кремния для получения поверхности пластин с чрезвычайно высокой плоскостностью и минимальной шероховатостью поверхности, при этом не требуется разрушающегося слоя и царапин на поверхности. Метод полировки: основной функцией грубой полировки является удаление поврежденного слоя, общий объем удаления составляет около 10–20 мкм, можно использовать шлифовальный круг на основе смолы с размером частиц 1000#~4000#; Основная функция тонкой полировки заключается в улучшении микрошероховатости поверхности продукта. Как правило, размер удаления составляет менее 1 мкм, и можно выбрать алмазный шлифовальный круг с размером частиц 8000#.

Шесть
Алмазный ультратонкий разрез

Ультратонкое режущее лезвие представляет собой круглый тонкий листовой объект, состоящий из алмаза и связующего вещества, толщиной от 0,015 до 0,5 мм. Его можно разделить на лезвия с металлической связкой и лезвия с полимерной связкой. Среди них толщина лезвия для гальванического покрытия с металлической связкой составляет 0.015 мм и 0.1 мм, а толщина лезвия для горячего прессования с металлической связкой и лезвия с полимерной связкой составляет 0,1. мм~0,5 мм. Ультратонкие режущие диски широко используются в электронной промышленности для резки или прорезания различных твердых и хрупких материалов, таких как кремний, германий, фосфид галлия, арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, феррит, ниобат лития, танталат лития, пьезоэлектрическая керамика, оптическая керамика, стекло и др.; имеют характеристики высокой точности резки, узкого пропила, длительного срока службы и т. д. При использовании на специальном оборудовании его можно использовать как с одним ножом, так и с несколькими ножами одновременно. С быстрым развитием индустрии информационной электроники требования к резке микроэлектронных компонентов и интегральных схем становятся все выше и выше, а объем резки также увеличивается. Согласно информации, годовой объем продаж ультратонких отрезных дисков в мире достигает более 500 миллионов долларов США. В настоящее время рынок такой продукции в основном занимают ведущие мировые компании, такие как Япония и США. Ножи, выпускаемые этими компаниями, имеют стабильную работу, полные технические характеристики и высокую точность резки. Электронная промышленность моей страны вступает в период быстрого развития, и спрос на прецизионные режущие инструменты также вступил в период быстрого роста. Однако из-за позднего начала разработки этого вида продукции в Китае все еще остается много дефектов в ее характеристиках, которые не могут соответствовать требованиям стремительного развития внутреннего рынка. Необходимо ежегодно завозить из-за рубежа большое количество различных видов ультратонких листов. В Китае очень мало компаний, которые исследуют и производят тонкие шлифовальные круги и выходят на рынок, поэтому исследования и разработки ультратонких отрезных кругов имеют широкие рыночные перспективы.

 

(2) Для некоторых высокоточных алмазных инструментов, таких как ультратонкие отрезные диски, сверхмелкозернистые алмазные шлифовальные круги и высокоточные сверла, все еще существует разрыв между отечественными и зарубежными продуктами, который проявляется в плохой или нестабильной работе. Крупные и средние предприятия будут охотнее закупать дорогую зарубежную продукцию для поддержания стабильности производства. Это также ставит новую задачу перед отечественными производителями родственных инструментов, то есть максимально улучшить характеристики продукта и поддерживать качество продукта, в то время как точность продукта соответствует требованиям использования.

стабильность производительности.

(3) Отечественные продукты должны ориентироваться на высококачественные и точные алмазные инструменты. Во время производственного процесса формулируются строгие стандарты продукции и технологические регламенты для обеспечения стабильности характеристик продукции; кроме того, высокоточные станки с ЧПУ, электроэрозионные, проволочно-вырезные и другое оборудование для последующей обрезки и улучшения изделия.