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2017年國內金剛線切割工藝技術優勢與發展趨勢分析(圖)
發布時間:2017-12-13   點擊次數:13181次

     金剛石切割線,即通過金屬的電沉積作用把金剛石顆粒鍍覆在鋼線表面而制成的一種線性切割工具。通過金剛石線切割機,金剛石切割線可以與物件間形成相對的磨削運動,從而實現切割的目的。目前,泰州市晨虹數控設備制造有限公司已經成功的把金剛石切割線應用于晶體硅、藍寶石、玉石、石墨、碳化硅等多種硬脆材料的切割。

        傳統的切割方式包括鋼片切割、帶鋸切割和內外圓片鋸切割等,這些方式都存在切割損失大、表面精度差、表面損傷多等缺陷。為了提升對晶體硅、藍寶石等硬脆材料的切割效率,上世紀90年代開始,出現了線鋸切割方式,即通過鋼線附帶磨料的方式進行切割,線鋸切割從開始的單線線鋸切割發展到現在的多線線鋸切割。

        目前市場上脆性材料主流線切割方式可分為金剛石線切割和砂漿鋼線切割。砂漿鋼線切割即在鋼線來回摩擦切削材料的同時,在鋼線上附著液體磨料(砂漿)如碳化硅(SiC)等,通過鋼線、液體磨料和待切割材料三者間的相互摩擦作用進行切割。金剛石線切割即采用特殊技術手段將堅硬的金剛石牢牢地均勻固定在鋼線上,再用制作完成的金剛石線對材料進行切割。

     圖:砂漿鋼線切割和金剛石線切割

圖:砂漿鋼線切割和金剛石線切割

 

    相較于傳統砂漿切割工藝,金剛線切割技術具有以下優點:

 

    1.切割效率高,速度提升五倍。金剛石線制備技術屬于固結磨料顆粒的技術。固結磨料線切割方式基于固結在鋼絲上的磨料顆粒與工件材料之間的二體磨損切割原理,磨料顆粒直接作用于工件上,屬于一種剛性切割加工方法,大大的提高了切割效率。單片硅片切割耗時傳統砂漿切割需約10小時,金剛線切割僅需2小時。切割效率高主要緣于其技術特點:,金剛線采用固定方式結合金剛石顆粒,相比砂漿線處于游離狀態的磨料,不僅參與磨削切割的金剛石更多(漏損少),而且減少了磨料之間的相互磨損。第二,金剛石硬度高,耐磨損能力強,從而切削和使用壽命更長。第三,金剛線固著的金剛石的運行速度與切割線一致,而游離狀態的砂漿運行速度低于切割線。

        2.材料損耗少、出片率高。切割線線徑越大造成切割時刀縫越大從而導致材料損耗越多,而切割線的線徑是裸線徑與磨料/刃料直徑之和。金剛線因切割能力強,其鍍層比切割液與碳化硅混合形成的砂漿要小薄,從而造成的刀縫損耗較小。另外,金剛線切割造成的損傷層小于砂漿線切割,有利于切割更薄的硅片。更細的線徑、更薄的切片有利于降低材料損耗,提高硅片的出片率。目前,硅片厚度多為180-200μm,砂漿切割的刀縫損耗約為150μm,金剛線切割的刀縫損耗約為80μm。因此,金剛線切割能提高約15%的出片量。

        3.環境污染較小。砂漿切割會產生大量晶硅切割廢砂漿,廢砂漿含碳化硅、聚乙二醇、硅粉和金屬粉末成分,環境威脅較大,其中部分粒徑小于0.15μm的硅粉與水或潮濕空氣接觸時會快速反應并釋放出氫氣和熱量,如不進行妥善利用、處置會造成嚴重污染。金剛線固結磨料線切割方式可以直接地采用低粘度水基磨削液(主要是水),有利于改善作業環境,切屑的回收處理較容易,同時簡化洗凈等后道加工程序。增效、節能和環保效果十分明顯。

        4.產品質量提升。金剛線切割減少了加工損傷層,而且精度保持穩定,產生TTV(總厚度變化,硅片表面特定測量點的大值和小值之差)小。

        5、運營成本下降。金剛線切割的設備占用資本、空間占用、人力和電力占用均有下降,整個生產流程更加簡化,從而降低運營成本。

        參考中國報告網發布《2016-2022年中國金剛石鋸片市場產銷調研及十三五投資價值分析報告

 

圖:金剛石線切割與砂漿鋼線切割主要指標對比

圖:金剛石線切割與砂漿鋼線切割主要指標對比

圖:金剛石線切割的工藝優勢

圖:金剛石線切割的工藝優勢

      按照制作工藝,金剛石切割線又可分為電鍍金剛石線與樹脂金剛石線。樹脂金剛石線是先將液態樹脂和金剛石粉末均勻攪拌混合,再均勻附著于鋼線上,后經過特殊技術烘烤制成。電鍍金剛石線就是以電鍍金屬為結合劑,通過金屬的電沉積作用把金剛石磨料固結在芯線基體上而成,其中金剛石磨料的尺寸一般為幾微米到幾十微米。樹脂線(把持力低)、電鍍線(把持力高)。
        在目前的發展趨勢下,電鍍金剛石線具有單片耗線量低、線徑規格更小、切割效率更高的突出優點,在硅晶體切割中顯著優于樹脂金剛石切割線。同樣粗細的樹脂線破斷力與固結強度均遠遠低于電鍍式金剛石線,其細線化發展潛力遠低于電鍍金剛石線,電鍍金剛石線更符合未來金剛石切割線細線化發展的前景。此外,樹脂金剛石線切割硅片時容易產生樹脂脫皮和金剛石脫落,造成斷線和硅片劃傷,還可能影響后續制絨工藝。隨著電鍍金剛石線的制造成品的降低和規?;娘@現,樹脂金剛石線的成本優勢也將減弱或消失。因此電鍍金剛石切割線是金剛石切割線領域的主要發展方向。

圖:電鍍金剛石線與樹脂金剛石線對比

 

 

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