Diamantwerkzeuge für die Verarbeitung neuer Industriematerialien

 

Silizium ist ein hartes und sprödes Material mit einer Mohs-Härte von 6,5. Es kann je nach Anwendung zu polykristallinem Silizium und monokristallinem Silizium verarbeitet werden. Es wird häufig in integrierten IC-Schaltungen verwendet und ist auch das grundlegendste und kritischste Material in der photovoltaischen Stromerzeugungsindustrie. Das Herstellungsverfahren von monokristallinem Silizium besteht üblicherweise darin, zuerst polykristallines Silizium oder amorphes Silizium herzustellen und dann stabförmiges monokristallines Silizium aus der Schmelze durch das Czochralski-Verfahren oder das Suspensionszonen-Schmelzverfahren zu züchten. Polykristallines Silizium ist eine Form von einkristallinem Silizium. Wenn geschmolzenes einkristallines Silizium unter unterkühlten Bedingungen verfestigt wird, werden Siliziumatome in Form von Diamantgittern angeordnet, um viele Kristallkeime zu bilden. Wenn diese Kristallkeime zu Kristallkörnern mit unterschiedlichen Orientierungen wachsen, dann verbinden sich diese Körner, um zu Polysilizium zu kristallisieren

 

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Verarbeitungsfluss von monokristallinem Silizium und polykristallinem Silizium

Der Verarbeitungsablauf von monokristallinem Silizium umfasst hauptsächlich Schneiden-Rund-Rechteck-Schneiden-Schleifen-Schneiden-Fasen-Schleifen-chemisches Ätzen-Polieren und andere Schritte. Im Gegensatz dazu hat Polysilizium die Schritte des Schneidens und Abrundens nicht und muss nur in Quadrate und Scheiben geschnitten werden, nachdem der Barren vorbereitet ist. Während des gesamten Prozesses der Herstellung von monokristallinem Silizium und polykristallinem Silizium vom Block bis zum Chip sind Diamantwerkzeuge für verschiedene Zwecke erforderlich, um an der Bearbeitung teilzunehmen, und die Bearbeitungsgenauigkeit ist relativ hoch. Die spezifischen Schritte und die entsprechenden Werkzeuge und Indikatoren sind in Tabelle 2 dargestellt. Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass Bearbeitungswerkzeuge auf Basis von einkristallinem Silizium und polykristallinem Silizium hauptsächlich Diamantsägeblätter, Bandsägen, Diamantschleifscheiben und Diamantdrahtsägen usw. umfassen .

 

Die Zusammensetzung von Saphir ist Al203, und seine Mohs-Härte beträgt 9, nur die Härte von Diamant wird übertroffen. In der Hightech-Industrie wird es hauptsächlich als Substrat von LED-Leuchtelementen verwendet. Saphir ist hart und spröde und teuer. Es erfordert normalerweise hohe Präzision, schnelle Verarbeitungseffizienz, geringen Materialverlust und eine saubere Arbeitsumgebung während der Verarbeitung. Diamant ist das Material mit der höchsten Härte und der stärksten Verschleißfestigkeit in der Natur, und Diamantwerkzeuge sind die beste Wahl für die Bearbeitung dieses Materials.

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Saphir-Verarbeitungsprozess

Vom Saphirkristallbarren bis zur endgültigen Saphirscheibe des Substrats umfasst es hauptsächlich die folgenden Schritte: Kristall züchten - Stab ziehen - Walzen - Kristallstaborientierung - Schneiden - Schleifen - Anfasen - Polieren, jeder Schritt ist Es muss mit einem anderen Diamanten ausgestattet werden Werkzeuge zu vervollständigen, die Hauptwerkzeuge sind Bohrer, Schleifscheiben, Drahtsägen und so weiter.

Kristallwachstum: Verwenden Sie einen Kristallwachstumsofen, um große und hochwertige Einkristall-Saphirkristalle zu züchten;

Stab herausziehen: Mit dem Saphirbohrer den Saphirglasstab aus dem Saphirglas herausziehen;

Trommelschleifen: Verwenden Sie eine zylindrische Schleifmaschine, um den Kristallstab zu schleifen, um eine genaue Genauigkeit der äußeren Kreisgröße zu erhalten;

Ausrichtung: Lokalisieren Sie genau die Position des Saphirglasstabs auf dem Slicer, was für eine präzise Schneideverarbeitung praktisch ist.

Schneiden: Schneiden des Saphirbarrens in dünne Wafer unter Verwendung einer Diamantdrahtsäge;

Schleifen: Entfernen Sie die durch das Schneiden verursachte Waferschnitt-Schadensschicht und verbessern Sie die Ebenheit des Wafers.

Abfasen: Schneiden Sie die Kante des Wafers in eine kreisförmige Bogenform, um die mechanische Festigkeit der Kante des Blechs zu verbessern;

Polieren: Verbessern Sie die Rauheit des Wafers, damit seine Oberfläche die Präzision der epitaktischen Wafer-Epitaxie erreichen kann.

(1) Diamant-Außenkreissägeblatt

Das Diamant-Außenkreissägeblatt ist ein früheres Schneidwerkzeug. Der Durchmesser des diamantierten Kreissägeblattes am Außenumfang beträgt ca. 200mm. Es wird hauptsächlich verwendet, um einkristalline Silizium-Rundstäbe zu Silizium-Vierkantstäben zu verarbeiten. Die verarbeiteten Einkristall-Siliziumstäbe sind symmetrisch rechteckig; Gegenwärtig werden auch Diamant-Außenkreissägeblätter zum Schneiden von Saphirkristallstäben verwendet, üblicherweise heißgepresste, gesinterte Diamant-Sägeblätter mit kontinuierlicher Kante. Seine Vorteile sind eine einfache Struktur, eine einfache Bedienung und ein günstiger Klingenpreis, aber seine Nachteile sind eine dicke Klinge, eine breite Schnittfuge, ein großer Materialverlust und eine schlechte Parallelität der Schnittfläche.

(2) Diamant-Innenkreissägeblatt

Der Vorteil des Diamant-Innenkreissägeblatts besteht darin, dass es eine gute Steifigkeit aufweist und sehr dünn gemacht werden kann und {{0}},1 mm erreicht; die Schnittgenauigkeit ist sehr hoch und der Dickenunterschied eines Wafers mit 200 mm Durchmesser beträgt nur 0,01 mm; Jedes Stück kann radial und in Schnittstärke eingestellt werden. Es ist flexibel einstellbar, wenn kleine Chargen und mehrere Spezifikationen verarbeitet werden. Der Nachteil ist, dass die Schadensschicht auf der Oberfläche der Scheibe groß ist; die Produktivität ist gering, und es kann jeweils nur ein Stück geschnitten werden; nur gerade Linien können geschnitten werden und gekrümmte Flächen können nicht geschnitten werden; Wafer mit zu großem Durchmesser können nicht geschnitten werden.

 

Zwei
Hochpräziser Verschachtelungsbohrer
Das Verarbeitungsobjekt des verschachtelten Bohrers sind relativ wertvolle harte und spröde Materialien wie Saphir. Es wird hauptsächlich für die Bearbeitung von Uhrengehäusen, optischen Gläsern und LED-Substraten verwendet. Die Präzisionsanforderungen an den Bohrer sind sehr hoch. Am Beispiel des 2--Zoll-Schachtbohrers kann der Preis für Bohrer in Japan mehr als 2.500 Yuan erreichen, und der Preis für Haushaltsbohrer kann auch mehr als 800 Yuan erreichen. Verglichen mit technischen Bohrern der gleichen Spezifikation (etwa 100 Yuan) haben solche Produkte einen extrem hohen Mehrwert, und die Marktnachfrage steigt von Jahr zu Jahr, sodass sie eine relativ breite Anwendungsperspektive haben.

Die Herstellungstechnologie des Verschachtelungsbohrers umfasst die Herstellungstechnologie für ultradünne ringförmige Schneidköpfe, hochpräzise Schweißtechnologie und Bohrer-Folgeschleiftechnologie; Unter anderem hat die Qualität des ultradünnen Ringbohrkopfs einen entscheidenden Einfluss auf die endgültige Gebrauchsleistung des Produkts. Diese Technologie umfasst eine Reihe von Produktionsprozessen und Betriebsstandards wie gleichmäßiges Mischen, feine Granulierung, standardisiertes Heißpresssintern und Entformen. Hochpräzise Schweißtechnologie ist ein wichtiger Schritt, um die Konzentrizität und Schweißfestigkeit des Bohrers sicherzustellen, einschließlich Oberflächenbehandlung, Anpassung der Schweißkonzentrizität und standardisiertes Schweißen. ; Durch das Nachschleifen des Bohrers kann die Präzision des Bohrers weiter verbessert werden.

Drei
Diamant-Sägeblatt

Ein japanisches Unternehmen hat 2006 ein Diamantdrahtsägenprodukt auf den Markt gebracht, das in Japan und Taiwan weit verbreitet ist. Bisher gab es in China große Produktionsunternehmen für Diamantdrahtsägen, darunter Changsha Daile und Nanjing Sanchao. Diamantdrahtsägen werden auch häufig zum Quadrieren und Schneiden von monokristallinem Silizium, polykristallinem Silizium und Saphir verwendet, und die Marktnachfrage ist enorm.

Im Allgemeinen beträgt der Durchmesser der zum Quadrieren von Kristallsilizium verwendeten Diamantdrahtsäge {{0}},35 mm, der zum Schneiden von Kristallsilizium verwendete Drahtdurchmesser beträgt 0,12 mm und der Drahtdurchmesser der Die zum Schneiden von Saphiren verwendete Drahtsäge ist im Allgemeinen 0.25 mm. Im Vergleich zum Schneiden mit frei abrasiver Drahtsäge wird die Schneideffizienz der Diamantdrahtsäge stark verbessert, wie in Tabelle 4 gezeigt; In Bezug auf den Preis hat sich die Diamantdrahtsäge von den anfänglichen 3 Yuan / m auf die aktuellen 0,6 Yuan pro Meter geändert. Sie fördert auch die Möglichkeit für Kunden, qualitativ hochwertige Produkte zu niedrigen Preisen zu verwenden.

 

Mit der Anwendung und Entwicklung großformatiger Siliziumwafer und Saphirwafer werden Diamantdrahtsägen zu einer neuen Generation von Schneidwerkzeugen für Siliziumwafer und Saphirwafer. Das Schneiden großer Silizium-/Saphirbarren, Materialeinsparung, hohe Vorteile, große Leistung und hohe Effizienz, diese Reihe von unvergleichlichen Vorteilen wird von Unternehmen, die Siliziumwafer und Saphir verarbeiten, sehr geschätzt.

 

Vier
Diamant-Bandsäge

Diamantbandsägeblätter sind im Allgemeinen galvanisierte Produkte, die zum Schneiden von Kristallen mit hoher Härte wie monokristallinem Silizium, polykristallinem Silizium und Saphir sowie zum Schneiden von harten und spröden Materialien wie Kristall, Glas, Jade, Steinmosaik und Nichteisenmetallen geeignet sind , und magnetische Materialien. Das Stahlband besteht im Allgemeinen aus hochwertigem Edelstahl, nahtlosem Schweißprozess, hervorragender Schweißleistung, guter Elastizität und Zähigkeit, hoher Ermüdungsbeständigkeit, hoher Zugfestigkeit, langer Lebensdauer und genauer Durchbiegung. Die Schneide besteht aus hochwertigen Diamantpartikeln, die Verwendung von starkem, verschleißfestem Bimetall ist gleichmäßig und fest auf der Schneide eingelegt, die sich durch lange Lebensdauer, Schärfe, glatte Schnittfläche, hohe Effizienz und geringe Geräuschentwicklung auszeichnet . Im Allgemeinen beträgt die Breite des Bandsägeblatts 38 mm, die Dicke 0,6 mm und der Umfang 3230 bis 6100 mm, was in großen Photovoltaikunternehmen weit verbreitet ist.

Fünf
Diamant-Schleifscheibe mit ultrafeiner Körnung

Die Bearbeitung harter und spröder Materialien umfasst Rundschleifscheiben, Flachschleifscheiben, Effilierschleifscheiben und Polierscheiben etc., die mit Schleifscheiben Kristallstäbe bearbeiten. Die Diamantpartikelgröße reicht von 250# bis 8000#. Keramikbasis, die beim Schleifen und Polieren von kristallinem Silizium, Saphir und anderen harten und spröden Materialien verwendet wird, gehört zur größten Produktkategorie.

Der Zweck des Schleifens von Siliziumwafern besteht darin, die Sägespuren und Oberflächenbeschädigungsschichten zu entfernen, die durch das Schneiden und Schleifen der Schleifscheibe verursacht wurden, die Verwerfung, Ebenheit und Parallelität von Siliziumwafern effektiv zu verbessern und eine Spezifikation zu erreichen, die durch einen Polierprozess gehandhabt werden kann. Beim Schleifen von Siliziumwafern ist es wichtig, die Größe und Gleichmäßigkeit von Rissen zu kontrollieren. Monokristallines Silizium ist ein hartes und sprödes Material. Wenn es geschliffen wird, wirkt das Schleifmittel wie Rollen und Mikroschneiden. Die Beschädigung des Materials ist hauptsächlich Mikrobruch. Glänzendes Finish. Der Schleifprozess kann eine verglaste Diamantschleifscheibe mit einer Partikelgröße von 35 0 # verwenden, die Rauheit der bearbeiteten Oberfläche beträgt etwa 0,5 μm und der Durchmesser der Schleifscheibe beträgt normalerweise 200 mm bis 350 mm.

Der Zweck des Polierens besteht darin, Mikrodefekte auf der Oberfläche von Einkristall-Siliziumwafern zu verbessern, um eine Waferoberfläche mit extrem hoher Ebenheit und minimaler Oberflächenrauhigkeit zu erhalten, und erfordert keine sich verschlechternde Schicht und keine Kratzer auf der Oberfläche. Poliermethode: Die Hauptfunktion des Grobpolierens besteht darin, die beschädigte Schicht zu entfernen. Die allgemeine Entfernungsmenge beträgt etwa 10 μm ~ 20 μm, und es kann eine Schleifscheibe auf Harzbasis mit einer Partikelgröße von 1000 # ~ 4000 # verwendet werden. Die Hauptfunktion des Feinpolierens besteht darin, die Mikrorauheit der Oberfläche des Produkts zu verbessern. Im Allgemeinen beträgt die Entfernungsmenge weniger als 1 μm, und es kann eine Diamantschleifscheibe mit einer Partikelgröße von 8000 # ausgewählt werden.

Sechs
Diamant-Ultradünnschnitt

Die ultradünne Schneidklinge ist ein kreisförmiges dünnes Blattobjekt aus Diamant und Binder mit einer Dicke zwischen 0,015 und 0,5 mm. Es kann in Klingen mit Metallbindung und Klingen mit Harzbindung unterteilt werden. Darunter beträgt die Dicke der metallgebundenen Elektroplattierklinge 0,015 mm und 0,1 mm, und die Dicke der metallgebundenen Heißpressklinge und der harzgebundenen Klinge beträgt 0,1 mm ~ 0,5 mm. Ultradünne Trennscheiben werden in der Elektronikindustrie häufig zum Schneiden oder Schlitzen verschiedener harter und spröder Materialien wie Silizium, Germanium, Galliumphosphid, Galliumarsenid, Galliumarsenidphosphid, Ferrit, Lithiumniobat, Lithiumtantalat, piezoelektrische Keramik, Optik verwendet Keramik, Glas usw.; haben die Eigenschaften hoher Schnittpräzision, schmaler Schnittfuge, langer Lebensdauer usw. Bei Verwendung auf Spezialgeräten kann es mit einem einzigen Messer oder mit mehreren Messern gleichzeitig verwendet werden. Mit der rasanten Entwicklung der Informationselektronikbranche werden die Schneidanforderungen für mikroelektronische Komponenten und integrierte Schaltkreise immer höher und auch das Schneidvolumen nimmt zu. Laut eigenen Angaben erreicht der Jahresumsatz mit ultradünnen Trennscheiben weltweit mehr als 500 Millionen US-Dollar. Derzeit wird der Markt für solche Produkte hauptsächlich von weltweit führenden Unternehmen wie Japan und den Vereinigten Staaten besetzt. Die von diesen Unternehmen hergestellten Messer haben eine stabile Leistung, vollständige Spezifikationen und eine hohe Schnittgenauigkeit. Die Elektronikindustrie meines Landes tritt in eine Phase rasanter Entwicklung ein, und auch die Nachfrage nach Präzisionsschneidwerkzeugen ist in eine Phase rasanten Wachstums eingetreten. Aufgrund des späten Beginns der Entwicklung dieses Produkttyps in China gibt es jedoch noch viele Leistungsmängel, die den Anforderungen der schnellen Entwicklung des Inlandsmarktes nicht gerecht werden können. Jährlich müssen viele verschiedene Arten von ultradünnen Blechen aus dem Ausland importiert werden. In China gibt es nur sehr wenige Unternehmen, die dünne Schleifscheiben erforschen und herstellen und auf den Markt kommen, daher hat die Forschung und Entwicklung von ultradünnen Trennscheiben eine breite Marktaussicht.

 

(2) Bei einigen hochpräzisen Präzisionsdiamantwerkzeugen wie ultradünnen Trennscheiben, ultrafeinkörnigen Diamantschleifscheiben und hochpräzisen Bohrern besteht immer noch eine Lücke zwischen inländischen und ausländischen Produkten manifestiert sich in schlechter oder instabiler Leistung. Große und mittlere Unternehmen werden eher bereit sein, teure ausländische Produkte zu kaufen, um die Stabilität der Produktion aufrechtzuerhalten. Dies stellt auch eine neue Herausforderung für inländische Werkzeughersteller dar, nämlich die Leistung des Produkts so weit wie möglich zu verbessern und die Produktqualität aufrechtzuerhalten, während die Genauigkeit des Produkts den Anforderungen der Verwendung entspricht.

Leistungsstabilität.

(3) Inländische Produkte müssen auf die Richtung von High-End- und Präzisionsdiamantwerkzeugen abzielen. Während des Produktionsprozesses werden strenge Produktstandards und Prozessvorschriften formuliert, um die Stabilität der Produktleistung zu gewährleisten. Darüber hinaus hochpräzise CNC-Werkzeugmaschinen, Erodieren, Drahtschneiden und andere Geräte zum nachträglichen Beschneiden und Verbessern des Produkts.