ابزار الماس برای پردازش مواد جدید صنعتی

 

سیلیکون یک ماده سخت و شکننده با سختی Mohs 6.5 است. با توجه به کاربرد می توان آن را به سیلیکون پلی کریستالی و سیلیکون مونو کریستال تبدیل کرد. این ماده به طور گسترده در مدارهای مجتمع آی سی استفاده می شود و همچنین اساسی ترین و حیاتی ترین ماده در صنعت تولید برق فتوولتائیک است. روش تولید سیلیکون تک کریستالی معمولاً به این صورت است که ابتدا سیلیکون چند بلوری یا سیلیکون آمورف تهیه می شود و سپس سیلیکون مونو کریستال میله ای شکل از مذاب به روش Czochralski یا روش ذوب ناحیه تعلیق رشد می کند. سیلیکون پلی کریستالی شکلی از سیلیکون تک کریستالی است. هنگامی که سیلیکون تک بلور مذاب در شرایط فوق سرد جامد می شود، اتم های سیلیکون به شکل شبکه های الماس مرتب می شوند تا هسته های کریستالی زیادی تشکیل دهند. اگر این هسته‌های کریستالی به دانه‌های کریستالی با جهت‌گیری‌های مختلف تبدیل شوند، این دانه‌ها با هم ترکیب می‌شوند و به پلی سیلیکون تبدیل می‌شوند.

 

دو
جریان پردازش سیلیکون تک کریستالی و سیلیکون پلی کریستال

جریان پردازش سیلیکون تک کریستالی عمدتاً شامل برش - گرد - مربع - برش - سنگ زنی - برش - پخ زدن - سنگ زنی - حکاکی شیمیایی - پرداخت و سایر مراحل است. در مقابل، پلی سیلیکون مراحل برش و گرد کردن را ندارد و تنها پس از آماده شدن شمش باید به صورت مربع و برش بریده شود. در طول کل فرآیند تهیه سیلیکون تک کریستالی و سیلیکون پلی کریستالی از شمش تا تراشه، ابزارهای الماس برای اهداف مختلف برای مشارکت در پردازش مورد نیاز است و دقت پردازش نسبتاً بالا است. مراحل خاص و ابزارها و نشانگرهای مربوطه در جدول 2 نشان داده شده است. از جدول 2 می توان دریافت که ابزارهای پردازش مبتنی بر سیلیکون تک کریستال و سیلیکون پلی کریستال عمدتاً شامل تیغه های اره الماس، اره نواری، چرخ های الماس تراش و اره های سیم الماس و غیره می باشد. .

 

ترکیب یاقوت کبود Al203 و سختی Mohs آن 9 است و بعد از سختی الماس در رتبه دوم قرار دارد. در صنعت با تکنولوژی بالا، عمدتا به عنوان بستر اجزای ساطع کننده نور LED استفاده می شود. یاقوت کبود سخت و شکننده و گران است. معمولاً به دقت بالا، راندمان پردازش سریع، از دست دادن مواد کم و محیط کاری تمیز در طول پردازش نیاز دارد. الماس ماده ای با بالاترین سختی و قوی ترین مقاومت در برابر سایش در طبیعت است و ابزار الماس بهترین انتخاب برای فرآوری این ماده است.

دو
فرآیند پردازش یاقوت کبود

از شمش کریستال یاقوت کبود تا برش یاقوت کبود بستر نهایی، عمدتاً شامل مراحل زیر است: رشد کریستال - میله کشی - نورد - جهت گیری میله کریستال - برش - آسیاب - پخ زدن - پرداخت، هر مرحله باید به الماس مختلف مجهز شود. ابزار برای تکمیل، ابزار اصلی عبارتند از مته، چرخ سنگ زنی، اره سیم و غیره.

رشد کریستال: از کوره رشد کریستال برای رشد کریستال های یاقوت کبود تک کریستالی با اندازه بزرگ و با کیفیت بالا استفاده کنید.

میله را بیرون بکشید: از مته یاقوت کبود برای بیرون کشیدن میله کریستال یاقوت کبود از کریستال یاقوت کبود استفاده کنید.

سنگ زنی بشکه: از یک آسیاب استوانه ای برای آسیاب کردن میله کریستالی استفاده کنید تا دقت اندازه دایره بیرونی دقیق به دست آید.

جهت: موقعیت میله کریستال یاقوت کبود را روی دستگاه برش به دقت تعیین کنید، که برای پردازش دقیق برش راحت است.

برش: شمش یاقوت کبود را با استفاده از اره سیم الماس به ویفرهای نازک برش دهید.

سنگ زنی: لایه آسیب برش ویفر ناشی از برش را بردارید و صافی ویفر را بهبود بخشید.

پخ زدن: لبه ویفر را به شکل قوس دایره ای برش دهید تا استحکام مکانیکی لبه ورق را بهبود بخشد.

پولیش: زبری ویفر را بهبود می بخشد تا سطح آن بتواند به دقت اپیتاکسی ویفر اپیتاکسیال برسد.

(1) تیغه اره مدور بیرونی الماس

تیغه اره مدور بیرونی الماس ابزار برش قبلی است. قطر تیغه اره مدور روکش الماس در محیط بیرونی حدود 200 میلی متر است. بیشتر برای پردازش میله های گرد سیلیکونی تک کریستال به میله های مربع سیلیکونی استفاده می شود. میله های سیلیکونی تک کریستالی پردازش شده مستطیلی متقارن هستند. در حال حاضر، تیغه های اره مدور بیرونی الماسی نیز برای برش میله های کریستال یاقوت کبود، معمولاً تیغه های اره الماس لبه پیوسته زینتر شده با فشار گرم استفاده می شود. از مزایای آن می توان به ساختار ساده، کارکرد آسان و قیمت ارزان تیغه اشاره کرد، اما معایب آن تیغه ضخیم، لبه پهن، تلفات زیاد مواد و موازی ضعیف سطح برش است.

(2) تیغه اره مدور داخلی الماس

مزیت تیغه اره دایره ای داخلی الماسی این است که استحکام خوبی دارد و می توان آن را بسیار نازک ساخت و به {{0}}.1 میلی متر می رسد. دقت برش بسیار بالا است و تفاوت ضخامت ویفر با قطر 200 میلی متر فقط 0.01 میلی متر است. هر قطعه را می توان به صورت شعاعی و ضخامت برش تنظیم کرد. قابلیت تنظیم انعطاف پذیر در هنگام پردازش دسته های کوچک و مشخصات متعدد دارد. نقطه ضعف این است که لایه آسیب روی سطح برش بزرگ است. بهره وری پایین است و فقط یک قطعه را می توان در یک زمان برش داد. فقط خطوط مستقیم را می توان برش داد و سطوح منحنی را نمی توان برش داد. ویفرهای با قطر خیلی زیاد را نمی توان برش داد.

 

دو
مته تودرتو با دقت بالا
هدف پردازش مته تودرتو، مواد سخت و شکننده نسبتاً ارزشمندی مانند یاقوت کبود است. این عمدتا برای پردازش قاب های ساعت، شیشه های نوری و بسترهای LED استفاده می شود. الزامات دقت مته بسیار زیاد است. با در نظر گرفتن مته تودرتو 2-اینچی، قیمت مته‌ها در ژاپن می‌تواند به بیش از 2500 یوان و قیمت مته‌های داخلی نیز به بیش از 800 یوان برسد. در مقایسه با مته های مهندسی با مشخصات مشابه (حدود 100 یوان)، چنین محصولاتی ارزش افزوده بسیار بالایی دارد و تقاضای بازار سال به سال در حال افزایش است، بنابراین چشم انداز کاربرد نسبتاً گسترده ای دارد.

فن آوری ساخت مته تودرتو شامل فناوری ساخت سر برش حلقوی فوق العاده نازک، فناوری جوشکاری با دقت بالا و فناوری سنگ زنی مته مته است. در میان آنها، کیفیت سر برش حلقوی بسیار نازک تأثیر تعیین کننده ای بر عملکرد استفاده نهایی محصول دارد. این فناوری شامل مجموعه ای از فرآیندهای تولید و استانداردهای عملیاتی مانند اختلاط یکنواخت، دانه بندی ریز، پخت استاندارد شده با فشار داغ و قالب گیری است. فناوری جوشکاری با دقت بالا یک مرحله کلیدی برای اطمینان از تمرکز و استحکام جوش مته است، از جمله عملیات سطح، تنظیم تمرکز جوش و جوشکاری استاندارد. ; سنگ زنی بعدی مته می تواند دقت مته را بیشتر کند.

سه
تیغه اره الماس

یک شرکت ژاپنی محصول اره سیم الماسی را در سال 2006 روانه بازار کرد و به طور گسترده در ژاپن و تایوان مورد استفاده قرار گرفت. تاکنون، شرکت‌های تولید اره سیم الماس در چین در مقیاس بزرگ، از جمله چانگشا دایل و نانجینگ سانچائو، وجود داشته است. اره های سیم الماس نیز به طور گسترده ای در مربع و برش سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون پلی کریستال و یاقوت کبود استفاده می شود و تقاضا در بازار بسیار زیاد است.

به طور کلی، قطر سیم اره الماس مورد استفاده برای مربع کردن سیلیکون کریستال {{0}}} است. اره سیمی مورد استفاده برای برش یاقوت کبود معمولاً 0.25 میلی متر است. همانطور که در جدول 4 نشان داده شده است، در مقایسه با برش اره سیم ساینده آزاد، راندمان برش سیم اره الماسی بسیار بهبود یافته است. از نظر قیمت، اره سیم الماسی از 3 یوان در متر اولیه به 0.6 یوان در هر متر فعلی تغییر کرده است، همچنین این فرصت را برای مشتریان فراهم می کند تا از محصولات با کیفیت بالا با قیمت های پایین استفاده کنند.

 

با استفاده و توسعه ویفرهای سیلیکونی و ویفرهای یاقوت کبود سایز بزرگ، اره های سیم الماس به نسل جدیدی از ابزارهای برش ویفرهای سیلیکونی و ویفرهای یاقوت کبود تبدیل خواهند شد. برش شمش های سیلیکونی/یاقوت کبود در اندازه بزرگ، صرفه جویی در مواد، مزایای بالا، خروجی زیاد و راندمان بالا، این سری از مزایای بی نظیر توسط شرکت های فرآوری ویفر سیلیکونی و یاقوت کبود بسیار ارزشمند خواهد بود.

 

چهار
اره نواری الماس

تیغه های اره نواری الماس عموماً محصولات آبکاری شده هستند که برای برش کریستال های با سختی بالا مانند سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون پلی کریستالی و یاقوت کبود و همچنین برش مواد سخت و شکننده مانند کریستال، شیشه، یشم، موزاییک سنگ، فلزات غیر آهنی مناسب هستند. و مواد مغناطیسی تسمه فولادی به طور کلی از فولاد ضد زنگ با کیفیت بالا، فرآیند جوشکاری بدون درز، عملکرد جوش عالی، الاستیسیته و چقرمگی خوب، مقاومت در برابر خستگی بالا، استحکام کششی بالا، عمر طولانی و انحراف دقیق ساخته شده است. لبه برش از ذرات الماس مرغوب ساخته شده است، استفاده از دو فلزی مقاوم در برابر سایش به طور یکنواخت و محکم بر روی لبه برش کار گذاشته شده است که دارای ویژگی های عمر طولانی، تیز بودن، سطح برش صاف، راندمان بالا و سر و صدای کم است. . به طور کلی، عرض تیغه اره نواری 38 میلی متر، ضخامت 0.6 میلی متر، و محیط 3230 ~ 6100 میلی متر است که به طور گسترده در شرکت های بزرگ فتوولتائیک استفاده می شود.

پنج
چرخ سنگ زنی الماس دانه بسیار ریز

فرآوری مواد سخت و شکننده شامل چرخ های سنگ زنی گرد، چرخ های سنگ زنی مسطح، چرخ های سنگ زنی نازک کننده و چرخ های پرداخت و غیره است که از چرخ های سنگ زنی برای پردازش میله های کریستالی استفاده می کنند. اندازه ذرات الماس از 250# تا 8000# متغیر است. پایه سرامیکی که در آسیاب و صیقل دادن سیلیکون کریستالی، یاقوت کبود و سایر مواد سخت و شکننده استفاده می شود، به بزرگترین دسته محصولات تعلق دارد.

هدف از آسیاب ویفر سیلیکونی این است که آثار اره و لایه آسیب سطحی ناشی از برش و آسیاب چرخ را از بین ببرد، به طور موثر تاب خوردگی، صافی و موازی بودن ویفرهای سیلیکونی را بهبود بخشد و به مشخصاتی برسد که بتوان با یک فرآیند پولیش کار کرد. هنگام آسیاب ویفرهای سیلیکونی، کنترل اندازه و یکنواختی ترک ها مهم است. سیلیکون تک کریستالی یک ماده سخت و شکننده است. هنگامی که آسیاب می شود، ساینده اثر نورد و برش میکرو را دارد. آسیب مواد عمدتا ریزشکن است. پرداخت براق. در فرآیند سنگ زنی می توان از چرخ سنگ زنی الماس منجمد با اندازه ذرات 35{3}}# استفاده کرد، زبری سطح پردازش شده حدود 0.5 میکرومتر است و قطر چرخ سنگ زنی معمولاً 200 میلی متر تا 350 میلی متر است.

هدف از پولیش بهبود عیوب ریز روی سطح ویفرهای سیلیکونی تک کریستال برای به دست آوردن سطح ویفر با صافی بسیار بالا و حداقل زبری سطح است و نیازی به لایه خراب و بدون خراش روی سطح ندارد. روش پرداخت: عملکرد اصلی پولیش خشن حذف لایه آسیب دیده است، مقدار حذف کلی حدود 10μm ~ 20μm است و می توان از چرخ سنگ زنی مبتنی بر رزین با اندازه ذرات 1000#~4000# استفاده کرد. عملکرد اصلی پولیش ریز بهبود ریز زبری سطح محصول است، به طور کلی، مقدار حذف کمتر از 1 میکرومتر است و یک چرخ سنگ زنی الماس با اندازه ذرات 8000# را می توان انتخاب کرد.

شش
بخش فوق نازک الماس

تیغه برش فوق‌العاده نازک یک شی ورقه نازک دایره‌ای است که از الماس و چسب تشکیل شده است و ضخامت آن بین 0 است.015 تا 0.5 میلی‌متر. می توان آن را به تیغه های باند فلزی و تیغه های باند رزینی تقسیم کرد. از این میان، ضخامت تیغه آبکاری باند فلزی 0 است.015 میلی‌متر و 0.1 میلی‌متر، و ضخامت تیغه پرس گرم باند فلزی و تیغه باند رزین 0.1 است. میلی متر ~ 0.5 میلی متر دیسک های برش بسیار نازک به طور گسترده در صنعت الکترونیک برای برش یا شکاف دادن مواد مختلف سخت و شکننده مانند سیلیکون، ژرمانیوم، فسفید گالیم، آرسنید گالیم، فسفید آرسنید گالیم، فریت، نیوبات لیتیوم، لیتیم تانتالات، سرامیک های پیزوالکتریک، استفاده می شود. سرامیک، شیشه و غیره؛ دارای ویژگی های دقت برش بالا، لبه باریک، عمر طولانی و غیره است. هنگام استفاده بر روی تجهیزات خاص، می توان آن را با یک چاقو یا با چندین چاقو به طور همزمان استفاده کرد. با توسعه سریع صنعت الکترونیک اطلاعات، نیازهای برش برای قطعات میکروالکترونیک و مدارهای مجتمع بیشتر و بیشتر می شود و حجم برش نیز در حال افزایش است. بر اساس اطلاعات، فروش سالانه دیسک های برش فوق نازک در جهان به بیش از 500 میلیون دلار آمریکا می رسد. در حال حاضر بازار این گونه محصولات عمدتاً در اختیار شرکت های مطرح دنیا مانند ژاپن و ایالات متحده است. چاقوهای تولید شده توسط این شرکت ها دارای عملکرد پایدار، مشخصات کامل و دقت برش بالایی هستند. صنعت الکترونیک کشور من در حال ورود به دوره توسعه سریع است و تقاضا برای ابزارهای برش دقیق نیز وارد دوره رشد سریع شده است. با این حال، با توجه به شروع دیرهنگام توسعه این نوع محصول در چین، هنوز نقص های زیادی در عملکرد آن وجود دارد که نمی تواند الزامات توسعه سریع بازار داخلی را برآورده کند. واردات انواع ورق فوق نازک سالانه به تعداد زیادی از خارج از کشور ضروری است. در چین، شرکت های بسیار کمی وجود دارند که چرخ های سنگ زنی نازک را تحقیق و تولید می کنند و وارد بازار می شوند، بنابراین تحقیق و توسعه چرخ های برش فوق نازک چشم انداز بازار گسترده ای دارد.

 

(2) برای برخی از ابزارهای الماسی با دقت بالا، مانند دیسک های برش فوق العاده نازک، چرخ های سنگ زنی الماس بسیار ریز دانه، و مته های با دقت بالا، هنوز شکافی بین محصولات داخلی و محصولات خارجی وجود دارد. در عملکرد ضعیف یا ناپایدار ظاهر می شود. شرکت های بزرگ و متوسط ​​تمایل بیشتری به خرید محصولات گران قیمت خارجی برای حفظ ثبات تولید خواهند داشت. این همچنین چالش جدیدی را برای سازندگان ابزار داخلی مرتبط ایجاد می کند، یعنی بهبود عملکرد محصول تا حد امکان و حفظ کیفیت محصول در حالی که دقت محصول الزامات استفاده را برآورده می کند.

ثبات عملکرد

(3) محصولات داخلی باید به سمت ابزارهای الماسی پیشرفته و دقیق هدف قرار گیرند. در طول فرآیند تولید، استانداردهای سختگیرانه محصول و مقررات فرآیند برای اطمینان از ثبات عملکرد محصول تدوین شده است. علاوه بر این، ماشین آلات CNC با دقت بالا، EDM، سیم برش و سایر تجهیزات برای اصلاح و بهبود بعدی محصول.