Utensili diamantati per la lavorazione di nuovi materiali industriali

 

Il silicio è un materiale duro e fragile con una durezza Mohs di 6,5. Può essere trasformato in silicio policristallino e silicio monocristallino secondo l'applicazione. È ampiamente utilizzato nei circuiti integrati IC ed è anche il materiale più basilare e critico nel settore della generazione di energia fotovoltaica. Il metodo di produzione del silicio monocristallino consiste solitamente nel preparare prima il silicio policristallino o il silicio amorfo, quindi far crescere il silicio monocristallino a forma di bastoncino dalla fusione mediante il metodo Czochralski o il metodo di fusione della zona di sospensione. Il silicio policristallino è una forma di silicio monocristallino. Quando il silicio monocristallino fuso viene solidificato in condizioni di sottoraffreddamento, gli atomi di silicio sono disposti sotto forma di reticoli diamantati per formare molti nuclei cristallini. Se questi nuclei di cristallo crescono in grani di cristallo con orientamenti diversi, allora questi grani si combinano per cristallizzare in polisilicio

 

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Flusso di lavorazione del silicio monocristallino e del silicio policristallino

Il flusso di lavorazione del silicio monocristallino comprende principalmente taglio-arrotondamento-squadra-taglio-molatura-affettatura-smussatura-molatura-incisione chimica-lucidatura e altri passaggi. Al contrario, il polisilicio non ha le fasi di taglio e arrotondamento e deve essere tagliato solo in quadrati e fette dopo che il lingotto è stato preparato. Durante l'intero processo di preparazione del silicio monocristallino e del silicio policristallino dal lingotto al chip, sono necessari utensili diamantati per scopi diversi per partecipare alla lavorazione e la precisione di lavorazione è relativamente elevata. Le fasi specifiche e gli strumenti e gli indicatori corrispondenti sono mostrati nella Tabella 2. Dalla Tabella 2 si può vedere che gli strumenti di lavorazione basati su silicio monocristallino e silicio policristallino includono principalmente lame diamantate, seghe a nastro, mole diamantate e seghe a filo diamantato, ecc. .

 

La composizione dello zaffiro è Al203 e la sua durezza Mohs è 9, seconda solo alla durezza del diamante. Nell'industria high-tech, viene utilizzato principalmente come substrato di componenti a emissione luminosa a LED. Lo zaffiro è duro, fragile e costoso. Di solito richiede alta precisione, efficienza di lavorazione rapida, bassa perdita di materiale e un ambiente di lavoro pulito durante la lavorazione. Il diamante è il materiale con la più alta durezza e la più forte resistenza all'usura in natura, e gli utensili diamantati sono la scelta migliore per la lavorazione di questo materiale.

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Processo di lavorazione dello zaffiro

Dal lingotto di vetro zaffiro alla fetta di zaffiro del substrato finale, comprende principalmente le seguenti fasi: crescita del cristallo - asta di trazione - laminazione - orientamento dell'asta di cristallo - affettatura - molatura - smussatura - lucidatura, ogni passaggio deve essere dotato di diversi diamanti strumenti per completare, gli strumenti principali sono punte da trapano, mole, seghe a filo e così via.

Crescita dei cristalli: utilizzare una fornace per la crescita dei cristalli per coltivare cristalli di zaffiro monocristallino di grandi dimensioni e di alta qualità;

Estrarre l'asta: utilizzare il trapano zaffiro per estrarre l'asta di vetro zaffiro dal vetro zaffiro;

Macinazione del barilotto: utilizzare una smerigliatrice cilindrica per macinare la barra di cristallo per ottenere una precisione precisa della dimensione del cerchio esterno;

Orientamento: individua con precisione la posizione dell'asta di vetro zaffiro sull'affettatrice, che è conveniente per un'elaborazione precisa dell'affettatura;

Affettare: affettare il lingotto di zaffiro in wafer sottili utilizzando una sega a filo diamantato;

Macinazione: rimuovere lo strato di danneggiamento del taglio del wafer causato dall'affettatura e migliorare la planarità del wafer;

Smussatura: tagliare il bordo del wafer in una forma ad arco circolare per migliorare la resistenza meccanica del bordo del foglio;

Lucidatura: migliora la rugosità del wafer in modo che la sua superficie possa raggiungere la precisione dell'epitassia del wafer epitassiale.

(1) Lama per sega circolare esterna diamantata

La lama per sega circolare esterna diamantata è uno strumento di taglio precedente. Il diametro della lama della sega circolare diamantata sulla circonferenza esterna è di circa 200 mm. Viene utilizzato principalmente per trasformare aste tonde di silicio monocristallino in aste quadrate di silicio. Le aste di silicio monocristallino lavorate sono rettangolari simmetriche; Attualmente, le lame per seghe circolari esterne diamantate vengono utilizzate anche per il taglio di bacchette di vetro zaffiro, solitamente lame per seghe diamantate a bordo continuo sinterizzate pressate a caldo. I suoi vantaggi sono la struttura semplice, il funzionamento facile e il prezzo economico della lama, ma i suoi svantaggi sono la lama spessa, il taglio largo, la grande perdita di materiale e lo scarso parallelismo della superficie di taglio.

(2) Lama per sega circolare interna diamantata

Il vantaggio della lama per sega circolare interna diamantata è che ha una buona rigidità e può essere resa molto sottile, raggiungendo {{0}}.1mm; la precisione di taglio è molto elevata e la differenza di spessore di un wafer di 200 mm di diametro è di soli 0,01 mm; ogni pezzo può essere regolato radialmente e lo spessore delle fette Ha una regolazione flessibile durante l'elaborazione di piccoli lotti e specifiche multiple. Lo svantaggio è che lo strato danneggiato sulla superficie della fetta è grande; la produttività è bassa e si può tagliare un solo pezzo alla volta; si possono tagliare solo linee rette e non si possono tagliare superfici curve; wafer con diametro troppo grande non possono essere tagliati.

 

Due
Punta per nidificazione ad alta precisione
L'oggetto di lavorazione della punta da trapano a incastro è costituito da materiali duri e fragili relativamente pregiati come lo zaffiro. Viene utilizzato principalmente per la lavorazione di casse per orologi, vetri ottici e substrati LED. I requisiti di precisione della punta del trapano sono molto elevati. Prendendo come esempio la punta da trapano per nidificazione da 2-pollici, il prezzo delle punte da trapano in Giappone può raggiungere più di 2.500 yuan e anche il prezzo delle punte da trapano domestiche può raggiungere più di 800 yuan. Rispetto alle punte di ingegneria della stessa specifica (circa 100 yuan), tali prodotti Ha un valore aggiunto estremamente elevato e la domanda del mercato aumenta di anno in anno, quindi ha una prospettiva di applicazione relativamente ampia.

La tecnologia di produzione del trapano per nidificazione comprende la tecnologia di produzione della testa di taglio anulare ultrasottile, la tecnologia di saldatura ad alta precisione e la tecnologia di rettifica del follow-up della punta del trapano; tra questi, la qualità della testa di taglio anulare ultrasottile ha un impatto decisivo sulle prestazioni di utilizzo finale del prodotto. Questa tecnologia include una serie di processi di produzione e standard operativi come miscelazione uniforme, granulazione fine, sinterizzazione a caldo standardizzata e sformatura. La tecnologia di saldatura ad alta precisione è un passaggio fondamentale per garantire la concentricità e la forza di saldatura della punta del trapano, compreso il trattamento superficiale, la regolazione della concentricità della saldatura e la saldatura standardizzata. ; La rettifica successiva della punta del trapano può migliorare ulteriormente la precisione della punta del trapano.

Tre
Lama diamantata

Una società giapponese ha lanciato una sega a filo diamantato nel 2006 ed è stata ampiamente utilizzata in Giappone e Taiwan. Finora, in Cina ci sono state aziende produttrici di seghe a filo diamantato su larga scala, tra cui Changsha Daile e Nanjing Sanchao. Le seghe a filo diamantato sono anche ampiamente utilizzate nella squadratura e tranciatura di silicio monocristallino, silicio policristallino e zaffiro, e la domanda del mercato è enorme.

Generalmente, il diametro della sega a filo diamantato utilizzata per la squadratura del silicio cristallino è {{0}}.35 mm, il diametro del filo utilizzato per l'affettatura del silicio cristallino è 0.12 mm e il diametro del filo del la sega a filo usata per affettare lo zaffiro è generalmente 0.25mm. Rispetto al taglio con sega a filo abrasivo libero, l'efficienza di taglio della sega a filo diamantato è notevolmente migliorata, come mostrato nella Tabella 4; in termini di prezzo, la sega a filo diamantato è passata dagli iniziali 3 yuan/m agli attuali 0,6 yuan al metro, inoltre promuove notevolmente l'opportunità per i clienti di utilizzare prodotti di alta qualità a prezzi bassi.

 

Con l'applicazione e lo sviluppo di wafer di silicio e zaffiro di grandi dimensioni, le seghe a filo diamantato diventeranno una nuova generazione di utensili da taglio per wafer di silicio e zaffiro. Taglio di lingotti di silicio/zaffiro di grandi dimensioni, risparmio di materiali, alti vantaggi, grande produzione e alta efficienza, questa serie di vantaggi incomparabili sarà molto apprezzata dalle imprese di lavorazione di wafer di silicio e zaffiro.

 

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Sega a nastro diamantata

Le lame a nastro diamantate sono generalmente prodotti galvanici, adatti per il taglio di cristalli ad alta durezza come silicio monocristallino, silicio policristallino e zaffiro, nonché per il taglio di materiali duri e fragili come cristallo, vetro, giada, mosaico di pietre, metalli non ferrosi e materiali magnetici. La cintura in acciaio è generalmente realizzata in acciaio inossidabile di alta qualità, processo di saldatura senza saldatura, eccellenti prestazioni di saldatura, buona elasticità e tenacità, elevata resistenza alla fatica, elevata resistenza alla trazione, lunga durata e deflessione accurata; il tagliente è costituito da particelle di diamante di alta qualità, l'uso di un bimetallo resistente all'usura è uniformemente e saldamente inserito sul tagliente, che ha le caratteristiche di lunga durata, nitidezza, superficie di taglio liscia, alta efficienza e bassa rumorosità . Generalmente, la larghezza della lama della sega a nastro è 38 mm, lo spessore è 0.6 mm e la circonferenza è 3230~6100 mm, che è ampiamente utilizzata nelle principali aziende fotovoltaiche.

Cinque
Mola diamantata a grana ultrafine

La lavorazione di materiali duri e fragili comprende mole tonde, mole piatte, mole per assottigliare e mole per lucidatura, ecc., che utilizzano mole per lavorare bacchette di cristallo. La dimensione delle particelle di diamante varia da 250# a 8000#. La base ceramica, utilizzata nella molatura e lucidatura di silicio cristallino, zaffiro e altri materiali duri e fragili, appartiene alla più ampia categoria di prodotti.

Lo scopo della molatura dei wafer di silicio è rimuovere i segni della sega e lo strato di danni superficiali causati dall'affettatura e dalla molatura delle ruote, migliorare efficacemente la deformazione, la planarità e il parallelismo dei wafer di silicio e raggiungere una specifica che può essere gestita da un processo di lucidatura. Quando si macinano i wafer di silicio, è importante controllare la dimensione e l'uniformità delle crepe. Il silicio monocristallino è un materiale duro e fragile. Quando viene macinato, l'abrasivo ha l'effetto di rotolamento e microtaglio. Il danneggiamento del materiale è principalmente una microrottura. Finitura lucida. Il processo di rettifica può utilizzare una mola diamantata vetrificata con una dimensione delle particelle di 350#, la rugosità della superficie lavorata è di circa 0,5 μm e il diametro della mola è solitamente di 200 mm ~ 350 mm.

Lo scopo della lucidatura è migliorare i micro-difetti sulla superficie dei wafer di silicio monocristallino per ottenere una superficie del wafer con planarità estremamente elevata e rugosità superficiale minima, e non richiede alcuno strato di deterioramento e nessun graffio sulla superficie. Metodo di lucidatura: la funzione principale della lucidatura grossolana è rimuovere lo strato danneggiato, la quantità di rimozione generale è di circa 10 μm ~ 20 μm e può essere utilizzata una mola a base di resina con una dimensione delle particelle di 1000 # ~ 4000 #; la funzione principale della lucidatura fine è migliorare la micro-rugosità della superficie del prodotto, in generale, la quantità di rimozione è inferiore a 1 μm ed è possibile selezionare una mola diamantata con una dimensione delle particelle di 8000 #.

Sei
Sezione ultrasottile del diamante

La lama da taglio ultrasottile è un oggetto circolare in foglio sottile composto da diamante e legante, con uno spessore compreso tra 0.015 e 0.5 mm. Può essere suddiviso in lame a legante metallico e lame a legante resinoso. Tra questi, lo spessore della lama galvanica con legante metallico è 0.015 mm e 0.1 mm, e lo spessore della lama per pressatura a caldo con legante metallico e della lama con legante resinoso è 0,1 mm~0,5 mm. I dischi da taglio ultrasottili sono ampiamente utilizzati nell'industria elettronica per tagliare o scanalare vari materiali duri e fragili, come silicio, germanio, fosfuro di gallio, arseniuro di gallio, fosfuro di arseniuro di gallio, ferrite, niobato di litio, tantalato di litio, ceramica piezoelettrica, ottica ceramica, vetro, ecc.; hanno le caratteristiche di alta precisione di taglio, taglio stretto, lunga durata, ecc. Se utilizzato su attrezzature speciali, può essere utilizzato con un solo coltello o con più coltelli contemporaneamente. Con il rapido sviluppo dell'industria dell'elettronica dell'informazione, i requisiti di taglio per componenti microelettronici e circuiti integrati stanno diventando sempre più elevati e anche il volume di taglio è in aumento. Secondo le informazioni, le vendite annuali di dischi da taglio ultrasottili nel mondo raggiungono oltre 500 milioni di dollari USA. Attualmente, il mercato di tali prodotti è occupato principalmente da aziende leader a livello mondiale come il Giappone e gli Stati Uniti. I coltelli prodotti da queste aziende hanno prestazioni stabili, specifiche complete e un'elevata precisione di taglio. l'industria elettronica del mio paese sta entrando in un periodo di rapido sviluppo e anche la domanda di utensili da taglio di precisione è entrata in un periodo di rapida crescita. Tuttavia, a causa dell'inizio tardivo dello sviluppo di questo tipo di prodotto in Cina, ci sono ancora molti difetti nelle sue prestazioni, che non possono soddisfare i requisiti del rapido sviluppo del mercato interno. Ogni anno è necessario importare dall'estero un gran numero di vari tipi di lastre ultrasottili. In Cina, ci sono pochissime aziende che ricercano e producono mole sottili ed entrano nel mercato, quindi la ricerca e lo sviluppo di mole da taglio ultrasottili ha un'ampia prospettiva di mercato.

 

(2) Per alcuni utensili diamantati di precisione ad alta precisione, come dischi da taglio ultrasottili, mole diamantate a grana ultrafine e punte da trapano ad alta precisione, esiste ancora un divario tra prodotti nazionali e prodotti esteri, che è manifestato in prestazioni scarse o instabili. Le grandi e medie imprese saranno più disposte ad acquistare costosi prodotti esteri per mantenere la stabilità della produzione. Ciò pone anche una nuova sfida ai produttori di utensili domestici correlati, ovvero migliorare il più possibile le prestazioni del prodotto e mantenere la qualità del prodotto mentre l'accuratezza del prodotto soddisfa i requisiti di utilizzo.

stabilità delle prestazioni.

(3) I prodotti nazionali devono mirare alla direzione degli utensili diamantati di fascia alta e di precisione. Durante il processo di produzione, vengono formulati severi standard di prodotto e regolamenti di processo per garantire la stabilità delle prestazioni del prodotto; inoltre, macchine utensili CNC di alta precisione, elettroerosione, taglio a filo e altre attrezzature per la successiva rifilatura e miglioramento del prodotto.