Herramientas de diamante para el procesamiento de nuevos materiales industriales

 

El silicio es un material duro y quebradizo con una dureza de Mohs de 6,5. Se puede convertir en silicio policristalino y silicio monocristalino según la aplicación. Es ampliamente utilizado en circuitos integrados IC y también es el material más básico y crítico en la industria de generación de energía fotovoltaica. El método de fabricación de silicio monocristalino suele ser primero preparar silicio policristalino o silicio amorfo, y luego hacer crecer silicio monocristalino en forma de barra a partir de la fusión mediante el método Czochralski o el método de fusión de la zona de suspensión. El silicio policristalino es una forma de silicio monocristalino. Cuando el silicio monocristalino fundido se solidifica en condiciones de sobreenfriamiento, los átomos de silicio se organizan en forma de redes de diamante para formar muchos núcleos cristalinos. Si estos núcleos de cristal se convierten en granos de cristal con diferentes orientaciones, estos granos se combinan para cristalizar en polisilicio.

 

dos
Flujo de procesamiento de silicio monocristalino y silicio policristalino

El flujo de procesamiento del silicio monocristalino incluye principalmente corte-redondeo-corte cuadrado-esmerilado-rebanado-biselado-esmerilado-grabado químico-pulido y otros pasos. Por el contrario, el polisilicio no tiene los pasos de corte y redondeo, y solo necesita cortarse en cuadrados y rebanadas después de preparar el lingote. Durante todo el proceso de preparación de silicio monocristalino y silicio policristalino desde el lingote hasta el chip, se requieren herramientas de diamante para diferentes propósitos para participar en el procesamiento, y la precisión del procesamiento es relativamente alta. Los pasos específicos y las herramientas e indicadores correspondientes se muestran en la Tabla 2. Puede verse en la Tabla 2 que las herramientas de procesamiento basadas en silicio monocristalino y silicio policristalino incluyen principalmente hojas de sierra de diamante, sierras de cinta, muelas abrasivas de diamante y sierras de hilo de diamante, etc. .

 

La composición del zafiro es Al203, y su dureza Mohs es 9, solo superada por la dureza del diamante. En la industria de alta tecnología, se utiliza principalmente como sustrato de los componentes emisores de luz LED. El zafiro es duro, quebradizo y caro. Por lo general, requiere alta precisión, eficiencia de procesamiento rápido, baja pérdida de material y un entorno de trabajo limpio durante el procesamiento. El diamante es el material con mayor dureza y mayor resistencia al desgaste en la naturaleza, y las herramientas de diamante son la mejor opción para procesar este material.

dos
Proceso de procesamiento de zafiro

Desde el lingote de cristal de zafiro hasta la rebanada de zafiro del sustrato final, incluye principalmente los siguientes pasos: crecimiento de cristal - varilla de tracción - laminado - orientación de la varilla de cristal - rebanado - esmerilado - biselado - pulido, cada paso debe estar equipado con diferentes diamantes. herramientas para completar, las herramientas principales son brocas, muelas abrasivas, sierras de alambre, etc.

Crecimiento de cristales: use un horno de crecimiento de cristales para hacer crecer cristales de zafiro de un solo cristal de gran tamaño y alta calidad;

Saque la varilla: use el taladro de zafiro para sacar la varilla de cristal de zafiro del cristal de zafiro;

Molienda de barriles: use una amoladora cilíndrica para moler la barra de cristal para obtener una precisión precisa del tamaño del círculo exterior;

Orientación: ubique con precisión la posición de la varilla de cristal de zafiro en la rebanadora, lo cual es conveniente para un procesamiento de rebanado preciso;

Rebanado: Rebanar el lingote de zafiro en finas obleas con una sierra de hilo de diamante;

Molienda: elimine la capa de daño por corte de la oblea causada por el corte y mejore la planitud de la oblea;

Biselado: recorte el borde de la oblea en forma de arco circular para mejorar la resistencia mecánica del borde de la hoja;

Pulido: Mejore la rugosidad de la oblea para que su superficie pueda alcanzar la precisión de la epitaxia epitaxial de la oblea.

(1) hoja de sierra circular exterior de diamante

La hoja de sierra circular exterior de diamante es una herramienta de corte anterior. El diámetro de la hoja de sierra circular diamantada en la circunferencia exterior es de aproximadamente 200 mm. Se utiliza principalmente para procesar varillas redondas de silicio monocristalino en varillas cuadradas de silicio. Las varillas de silicio monocristalino procesadas son rectangulares simétricas; En la actualidad, las hojas de sierra circular exterior de diamante también se utilizan para cortar varillas de cristal de zafiro, generalmente hojas de sierra de diamante de borde continuo sinterizadas prensadas en caliente. Sus ventajas son la estructura simple, la operación fácil y el precio económico de la hoja, pero sus desventajas son la hoja gruesa, el corte ancho, la gran pérdida de material y el paralelismo deficiente de la superficie de corte.

(2) hoja de sierra circular interior de diamante

La ventaja de la hoja de sierra circular interior de diamante es que tiene buena rigidez y se puede hacer muy delgada, alcanzando {{0}}.1mm; la precisión de corte es muy alta y la diferencia de grosor de una oblea de 200 mm de diámetro es de solo 0,01 mm; cada pieza se puede ajustar radialmente y cortar el grosor. Tiene una capacidad de ajuste flexible cuando se procesan lotes pequeños y múltiples especificaciones. La desventaja es que la capa dañada en la superficie del corte es grande; la productividad es baja y solo se puede cortar una pieza a la vez; solo se pueden cortar líneas rectas y no se pueden cortar superficies curvas; las obleas con un diámetro demasiado grande no se pueden cortar.

 

Dos
Broca de anidamiento de alta precisión
El objeto de procesamiento de la broca de anidamiento son materiales duros y quebradizos relativamente valiosos, como el zafiro. Se utiliza principalmente para el procesamiento de cajas de relojes, vidrio óptico y sustratos LED. Los requisitos de precisión de la broca son muy altos. Tomando como ejemplo la broca de anidamiento de 2-pulgadas, el precio de las brocas en Japón puede alcanzar más de 2500 yuanes, y el precio de las brocas domésticas también puede alcanzar más de 800 yuanes. En comparación con las brocas de ingeniería de la misma especificación (alrededor de 100 yuanes), estos productos tienen un valor agregado extremadamente alto y la demanda del mercado aumenta año tras año, por lo que tiene una perspectiva de aplicación relativamente amplia.

La tecnología de fabricación del taladro anidado incluye tecnología de fabricación de cabezal de corte anular ultrafino, tecnología de soldadura de alta precisión y tecnología de rectificado de seguimiento de brocas; entre ellos, la calidad del cabezal de corte anular ultrafino tiene un impacto decisivo en el rendimiento del uso final del producto. Esta tecnología incluye una serie de procesos de producción y estándares operativos, como mezcla uniforme, granulación fina, sinterización estandarizada por prensado en caliente y desmoldeo. La tecnología de soldadura de alta precisión es un paso clave para garantizar la concentricidad y la fuerza de soldadura de la broca, incluido el tratamiento de la superficie, el ajuste de la concentricidad de la soldadura y la soldadura estandarizada. ; El rectificado de seguimiento de la broca puede mejorar aún más la precisión de la broca.

Tres
hoja de sierra de diamante

Una empresa japonesa lanzó un producto de sierra de hilo diamantado en 2006, y ha sido ampliamente utilizado en Japón y Taiwán. Hasta ahora, ha habido empresas de producción a gran escala de sierras de hilo diamantado en China, incluidas Changsha Daile y Nanjing Sanchao. Las sierras de hilo diamantado también se utilizan ampliamente para escuadrar y rebanar silicio monocristalino, silicio policristalino y zafiro, y la demanda del mercado es enorme.

Por lo general, el diámetro de la sierra de hilo diamantado que se usa para escuadrar el silicio cristalino es de {{0}},35 mm, el diámetro del hilo que se usa para cortar el silicio cristalino es de 0,12 mm y el diámetro del hilo del La sierra de alambre utilizada para cortar zafiros es generalmente 0.25 mm. En comparación con el corte con sierra de hilo abrasivo libre, la eficiencia de corte de la sierra de hilo diamantado mejora considerablemente, como se muestra en la Tabla 4; en términos de precio, la sierra de hilo diamantado ha cambiado de los 3 yuanes/m iniciales a los 0,6 yuanes por metro actuales. También promueve en gran medida la oportunidad para que los clientes utilicen productos de alta calidad a precios bajos.

 

Con la aplicación y el desarrollo de obleas de silicio y obleas de zafiro de gran tamaño, las sierras de hilo de diamante se convertirán en una nueva generación de herramientas de corte para obleas de silicio y obleas de zafiro. Cortando lingotes de silicio/zafiro de gran tamaño, ahorrando materiales, grandes beneficios, gran rendimiento y alta eficiencia, esta serie de ventajas incomparables será muy valorada por las empresas de procesamiento de obleas de silicio y zafiro.

 

cuatro
sierra de cinta de diamante

Las hojas de sierra de cinta de diamante son generalmente productos galvanizados, adecuados para cortar cristales de alta dureza como silicio monocristalino, silicio policristalino y zafiro, así como para cortar materiales duros y quebradizos como cristal, vidrio, jade, mosaico de piedra, metales no ferrosos y materiales magnéticos. La correa de acero generalmente está hecha de acero inoxidable de alta calidad, proceso de soldadura sin costuras, excelente rendimiento de soldadura, buena elasticidad y tenacidad, alta resistencia a la fatiga, alta resistencia a la tracción, larga vida útil y desviación precisa; el borde de corte está hecho de partículas de diamante de alta calidad, el uso de bimetal fuerte resistente al desgaste está incrustado de manera uniforme y firme en el borde de corte, que tiene las características de larga vida útil, nitidez, superficie de corte suave, alta eficiencia y bajo nivel de ruido . En general, el ancho de la hoja de sierra de cinta es de 38 mm, el grosor es de 0 0,6 mm y la circunferencia es de 3230~6100 mm, que se usa ampliamente en las principales empresas fotovoltaicas.

Cinco
Muela abrasiva de diamante de grano ultrafino

El procesamiento de materiales duros y quebradizos incluye muelas abrasivas redondas, muelas abrasivas planas, muelas abrasivas de adelgazamiento y muelas pulidoras, etc., que utilizan muelas abrasivas para procesar varillas de cristal. El tamaño de las partículas de diamante oscila entre 250# y 8000#. La base de cerámica, utilizada en el esmerilado y pulido de silicio cristalino, zafiro y otros materiales duros y quebradizos, pertenece a la categoría más grande de productos.

El propósito de la molienda de obleas de silicio es eliminar las marcas de sierra y la capa de daño de la superficie causada por el corte y el esmerilado de la rueda, mejorar de manera efectiva la deformación, la planitud y el paralelismo de las obleas de silicio y alcanzar una especificación que pueda manejarse mediante un proceso de pulido. Al moler obleas de silicio, es importante controlar el tamaño y la uniformidad de las grietas. El silicio monocristalino es un material duro y quebradizo. Cuando se muele, el abrasivo tiene el efecto de rodar y microcortar. El daño del material es principalmente micro-rotura. Acabado brillante. El proceso de rectificado puede utilizar una muela abrasiva de diamante vitrificado con un tamaño de partícula de 350#, la rugosidad de la superficie procesada es de aproximadamente 0,5 μm y el diámetro de la muela abrasiva suele ser de 200 mm a 350 mm.

El propósito del pulido es mejorar los microdefectos en la superficie de las obleas de silicio monocristalino para obtener una superficie de oblea con una planitud extremadamente alta y una rugosidad superficial mínima, y ​​que no requiere una capa de deterioro ni rayones en la superficie. Método de pulido: la función principal del pulido en bruto es eliminar la capa dañada, la cantidad de eliminación general es de aproximadamente 10 μm ~ 20 μm, y se puede usar una muela abrasiva a base de resina con un tamaño de partícula de 1000 # ~ 4000 #; La función principal del pulido fino es mejorar la microrrugosidad de la superficie del producto. Generalmente, la cantidad de eliminación es inferior a 1 μm, y se puede seleccionar una muela abrasiva de diamante con un tamaño de partícula de 8000#.

Seis
Sección ultrafina de diamante

La hoja de corte ultrafina es un objeto de hoja delgada circular compuesto de diamante y aglomerante, con un espesor entre 0.015 y 0.5 mm. Se puede dividir en hojas de enlace de metal y hojas de enlace de resina. Entre ellos, el grosor de la hoja de galvanoplastia con enlace de metal es 0.015 mm y 0.1 mm, y el grosor de la hoja de prensado en caliente con enlace de metal y la hoja de enlace de resina es de 0,1 mm~0,5 mm. Los discos de corte ultrafinos se utilizan ampliamente en la industria electrónica para cortar o ranurar varios materiales duros y quebradizos, como silicio, germanio, fosfuro de galio, arseniuro de galio, fosfuro de arseniuro de galio, ferrita, niobato de litio, tantalato de litio, cerámica piezoeléctrica, óptica cerámica, vidrio, etc.; tienen las características de alta precisión de corte, corte angosto, larga vida útil, etc. Cuando se usa en equipos especiales, se puede usar con una sola cuchilla o con varias cuchillas al mismo tiempo. Con el rápido desarrollo de la industria de la electrónica de la información, los requisitos de corte para componentes microelectrónicos y circuitos integrados son cada vez más altos, y el volumen de corte también aumenta. Según la información, las ventas anuales de discos de corte ultrafinos en el mundo alcanzan más de 500 millones de dólares estadounidenses. En la actualidad, el mercado de este tipo de productos está ocupado principalmente por empresas líderes mundiales como Japón y Estados Unidos. Los cuchillos producidos por estas empresas tienen un rendimiento estable, especificaciones completas y alta precisión de corte. La industria electrónica de mi país está entrando en un período de rápido desarrollo y la demanda de herramientas de corte de precisión también ha entrado en un período de rápido crecimiento. Sin embargo, debido al inicio tardío del desarrollo de este tipo de producto en China, aún existen muchos defectos en su desempeño, que no pueden cumplir con los requisitos del rápido desarrollo del mercado interno. Es necesario importar una gran cantidad de varios tipos de láminas ultrafinas desde el extranjero cada año. En China, hay muy pocas empresas que investigan y fabrican muelas abrasivas delgadas e ingresan al mercado, por lo que la investigación y el desarrollo de muelas de corte ultrafinas tienen una amplia perspectiva de mercado.

 

(2) Para algunas herramientas diamantadas de alta precisión, como discos de corte ultrafinos, muelas abrasivas de diamante de grano ultrafino y brocas de alta precisión, todavía existe una brecha entre los productos nacionales y los productos extranjeros, que es se manifiesta en un desempeño deficiente o inestable. Las empresas grandes y medianas estarán más dispuestas a comprar productos extranjeros caros para mantener la estabilidad de la producción. Esto también plantea un nuevo desafío para los fabricantes de herramientas domésticas relacionadas, es decir, mejorar el rendimiento del producto tanto como sea posible y mantener la calidad del producto mientras la precisión del producto cumple con los requisitos de uso.

estabilidad del rendimiento.

(3) Los productos nacionales deben apuntar a la dirección de herramientas diamantadas de precisión y alta gama. Durante el proceso de producción, se formulan estrictos estándares de productos y regulaciones de procesos para garantizar la estabilidad del rendimiento del producto; además, máquinas-herramienta CNC de alta precisión, electroerosión, corte por hilo y otros equipos para su posterior desbarbado y mejora del producto.