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技術文章

金剛石線切割的原理、特點及其在精密加工領域的應用

閱讀:2141          發布時間:2024-6-25

金剛石線切割

20世紀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將硅棒切割成片。早期的線鋸加工技術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生切削作用。這種技術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高速往復運動的切割線帶動砂漿到切割區,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力分布和作用, 發現磨粒對材料的最大剪切應力發生在微觀切削表面之下,據此對磨料的選擇進行優化。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域內,鋸絲與磨漿的運動構成了一個彈性流體動力學環境,用有限元方法分析鋸絲與硅錠間的磨漿彈性流體動力學模型,得到磨漿薄膜厚度和壓力分布關于走絲速度、磨漿粘度和切割條件的函數, 還得出結論:磨漿薄膜厚度大于平均磨粒尺寸,是磨粒的流動產生了切削。

1.2  金剛石線切割的導線輪

     根據切割材料直徑不同和設備制造廠家的技術考慮導線輪有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導線輪安裝形式

導線輪是控制片厚的關鍵部件,導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,槽間寬度誤差應小于5um,所以對材質要求和加工精度都非常高[4]。

1.3  金剛石線切割的特點

a) 可加工非導電材料 而傳統的放電加工則不能

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 金剛石線切割的應用

20世紀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將硅棒切割成片,這種技術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,在光電子工業中使用最為廣泛的是往復式多線鋸金剛石線切割被廣泛的用在大尺寸半導體和光電池薄片切割。


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