硅片精密切割多线锯研究进展

随着半导体行业的发展,尤其是太阳能电池对大直径硅片的需求不断增加,对硅片的切割精度要求越来越高.传统的外圆和内圆切割已经不能满足现有硅片大尺寸、小切缝、高质量和生产效率的要求.本文对大直径硅片精密切割中最常使用的多线锯切割进行介绍,对游离磨料多线锯的切割机理、浆料特性、切割工艺和固着磨料多线锯锯丝制造方法、切割工艺等方面的研究现状进行了综述.     

超声切割SiC单晶时金刚石线锯磨损特性的研究

超声线锯切割SiC单晶时,金刚石线锯的成本仅次于SiC单晶材料本身的成本。建立了超声辅助切割SiC单晶时线锯受力模型,对线锯受力和失效形式进行了理论分析,并进行了相关试验,研究了工件进给速度对线锯偏角、切割方式对线锯磨损、切削液对线锯磨损以及磨粒破坏形式对线锯切割性能的影响规律。结果表明:工件进给速率及超声振幅增大,线锯易被拉断,但过小,切割效率会降低,要想通过增大工件进给速率提高效率,必须提高线锯强度,增大导轮直径,降低线速;超声辅助切割时线锯磨损可降低约40%;与自来水相比,使用Ecocool Resist EP微乳化液后线锯表面堵塞较严重;金刚石磨粒的微小破碎、有利于切割。     

超声切割SiC单晶时金刚石线锯磨损特性研究

超声线锯切割SiC单晶时,金刚石线锯的成本仅次于SiC单晶材料本身的成本。建立了超声辅助切割SiC单晶时线锯受力模型,对线锯受力和失效形式进行了理论分析,并进行了相关试验,研究了工件进给速度对线锯偏角、切割方式对线锯磨损、切削液对线锯磨损以及磨粒破坏形式对线锯切割性能的影响规律。结果表明：工件进给速率及超声振幅增大,线锯易被拉断,但过小,切割效率会降低,要想通过增大工件进给速率提高效率,必须提高线锯强度,增大导轮直径,降低线速;超声辅助切割时线锯磨损可降低约40%;与自来水相比,使用Ecocool Resist EP微乳化液后线锯表面堵塞较严重;金刚石磨粒的微小破碎、有利于切割。     

三丝绞合电镀金刚石线锯的切割性能研究

制备了具有绞合钢线芯的三丝绞合电镀金刚石线锯,并通过与单丝金刚石线锯的对比分析,研究了三丝绞合电镀金刚石线锯的切割性能,包括力学性能、切割效率、线锯磨损等。多晶硅锭切割实验表明:在相同的切割线张力、工作台进给速度等条件下,三丝绞合电镀金刚石线锯切割时的线弓明显小于单丝电镀金刚石线锯,最大可减小23%。其具有磨损小,切割能力强,使用寿命长等优点。     

环形电镀金刚石线锯研究

环形电镀金刚石线锯是将金刚石磨粒固着于环形钢丝基体上的一种切割工具。使用自制的环形电镀金刚石线锯进行多晶硅的切割试验,阐述了钢丝基体材料的选择,焊接方法,环形电镀金刚石线锯的制作工艺。采用切割工艺参数为:锯丝线速度20～40 m/s,工件进给速度2～10 mm/min,锯丝张紧力60～100 N。试验表明:硅片表面平整光滑,表面粗糙度Ra达到0.328～0.562μm,体现出环形金刚石线锯切割的良好特性。     

固结磨料金刚石线锯制造方法和切割形式的研究进展

固结磨料金刚石线锯具有切缝窄、锯切效率高、切片质量好、对环境污染小、能加工大直径工件和超硬材料等优点,在硬脆材料的加工方面得到了较为广泛的应用。本文介绍了固结磨料金刚石线锯的制造方法和切割形式,并对固结磨料金刚石线锯的进一步发展进行了展望。     

电镀金刚石线锯超声振动切割多晶硅材料工艺研究

通过电镀金刚石线锯在超声振动下切割多晶硅的实验,研究了工艺参数对材料去除率的影响,建立了单颗金刚石磨粒材料去除模型,分析了金刚石粒度、静压力和线速度与材料去除率的关系.分析表明:基于超声波线锯切削条件下,适当提高金刚石粒度、静压力和线速度有利于提高材料去除率.施加超声振动后金刚石锯切加工效率平均提高1～2.5倍.     

电镀金刚石线锯使用性能的试验研究

为评价电镀金刚石线锯的使用性能,搭建恒力进给式金刚石线锯性能评价试验机,对编号为Ⅰ、Ⅱ的2种基体直径相同的电镀金刚石线锯进行单晶硅切片试验,记录切片时间,计算锯切效率,利用粗糙度仪、光学显微镜、扫描电子显微镜分别测量硅片表面粗糙度、锯缝宽度及锯丝表面磨粒脱落率。试验结果表明:金刚石线锯性能评价试验机能够定量评价电镀金刚石线锯的使用性能;Ⅰ号线锯的锯切效率比Ⅱ号线锯的高13.6%;用Ⅱ号线锯切片得到的硅片走丝方向、进给方向的表面粗糙度分别比用Ⅰ号线锯的小17.5%、10.8%;Ⅰ号线锯的锯缝宽度比Ⅱ号线锯的小3.8%;Ⅱ号线锯的使用寿命比Ⅰ号线锯的长;Ⅰ号线锯的磨粒脱落率是Ⅱ号线锯的2.1倍。      

金刚石线锯切割氮化硅的实验研究

采用往复式金刚石线锯对氮化硅进行了切割工艺实验研究,分析了线锯切割速度、进给速度和张紧压力对氮化硅表面粗糙度的影响,对试样表面进给方向和切割线方向的表面粗糙度变化趋势均进行了考察。结果显示:磨粒切削深度随线速度增大而减小,随进给速度和张紧压力的增大而增大。获得的较优的工艺参数为切割线速度1.5 m/s,进给速度0.08 mm/min,张紧压力0.18 MPa,探讨了线锯的磨损形式以及线锯磨损对试样加工表面粗糙度的影响。     

树脂结合剂金刚石线锯研究进展

面对普遍使用的切割技术存在的问题,人们逐渐将注意力转移到固结金刚石线锯切割的研究和利用上。与其他固结金刚石线锯相比,树脂结合剂金刚石线锯具有制作工艺简单,生产成本低,切割效率高,环境污染少等优点。本文总结了树脂结合剂金刚石线锯的制作工艺以及线锯失效的形式,并指出这一技术的研究方向是进一步提高制造效率、增长使用寿命、缩小锯丝直径。     

Fixed abrasive diamond wire machining—part I: process monitoring and wire tension force

The process monitoring and mechanics of fixed abrasive diamond wire saw machining are investigated in this study. New techniques to affix diamond particles to a steel wire core have advanced to make this process feasible for the machining of ceramics, wood, and foam materials. Developments in fixed abrasive diamond wire machining are first reviewed. Advantages of using fixed abrasive diamond wire machining are then introduced. The process monitoring and signal processing techniques for measuring the cutting forces, wire speed, down feed rate, and wire bow angle in diamond wire saw machining are developed. The application of a capacitance sensor to measure the wire bow and a procedure to convert the wire bow to vertical cutting force in a rocking motion wire saw machine are developed. The tension force of the wire during cutting is also derived and discussed.     

Fixed abrasive diamond wire machining—part II: experiment design and results

Experimental results from fixed abrasive diamond wire machining of wood and foam ceramics are presented. Three types of wood—pine, oak, and fir, and three types of foam ceramic—silicon carbide, zirconia, and zirconia toughened alumina, are tested. The research investigates the life of diamond wire and effects of process parameters on the cutting forces, force ratio, and surface roughness. A scanning electron microscope is used to study the worn diamond wire, machined surfaces, and debris. The diamond wire saw is demonstrated to be very effective in machining foam ceramics. The wire life for cutting wood at slow feed rates is low. The short tool life for dry cutting of wood indicates that more research in new fixed abrasive diamond wire and wire saw machining technologies is necessary.     

悬浮上砂金刚石线锯的锯切性能试验分析

采用不同上砂位置的悬浮上砂电镀金刚石线锯对单晶硅进行锯切试验,记录锯切时间,计算锯切效率,对比不同上砂位置锯丝的锯切性能。用扫描电镜对锯丝上砂及磨损情况进行观测,用表面粗糙度仪对硅片表面粗糙度进行测量。试验结果表明:不同上砂位置的锯丝的磨粒密度相差较大,上砂位置靠近上砂槽体中心的锯丝磨粒密度最大;磨粒密度较大的锯丝的锯切效率较高。磨粒密度为585 颗/mm的锯丝锯切效率为4.949 mm2/min,比磨粒密度为446 颗/mm的锯丝锯切效率(2.158 mm2/min)提高了138%;用磨粒密度不同的锯丝加工出的硅片表面质量差别不大;锯丝的磨损及损伤形式主要是磨粒的磨损、磨粒的脱落及锯丝镀层的磨损与损伤。      

金刚石线锯锯切微晶玻璃正交试验研究

对电镀金刚石线锯锯切微晶玻璃的工艺参数进行了试验优化研究。设计了3因素4水平的正交试验,分析了工件进给速度、锯丝线速度和气缸压力对切片表面粗糙度和锯切效率的影响,获得了基于降低表面粗糙度和提高锯切效率的锯切工艺参数。在本试验范围内,优化的工艺参数为:工件进给速度0.75 mm/min、锯丝线速度1.7 m/s,气缸压强0.26 MPa。     

金刚石线锯切割绝缘陶瓷的切缝精度研究

为了探寻一种切缝窄、切缝轮廓平直的金刚石线锯切割工艺,将电火花线切割机床改装为金刚石线锯切割机床,并进行了金刚石线锯恒力进给切割陶瓷的实验,探究了丝速和配重对切缝宽度和切缝轮廓平直度的影响;用光学显微镜测量切缝宽度,并观察切缝轮廓的平直度。实验结果表明:随着丝速的增大,切缝宽度变化不明显,随着配重的增大,切缝宽度明显减小;随着丝速的增大,切缝轮廓逐渐出现锯齿状,随着配重的增大,切缝轮廓发生弯曲甚至崩碎。     

非导电硬脆材料线切割锯床的研制

线锯切割加工具有切片薄、锯口损失小及高效率等优点，被广泛用于非导电硬脆材料的切割加工，如单晶硅的切片加工。实际上，线锯切割是一个柔性系统。切削过程中切片应力小，表面损伤层浅，减小了应力集中现象，减小了后续工序的碎片可能性。文中设计了一种回转式线切割锯床，该锯床使用环形锯丝作为切割工具，环形锯丝单方向连续运动，消除切割速度变化对加工表面粗糙度及表面损伤层的影响。锯丝有多级速度，适应不同的切割加工条件。使用专用夹具定位装夹工件。工作台驱动进给方式有两种：一种是恒力驱动，另一种是伺服电机驱动，两者可分别使用。实验证明：该锯床精度高、刚性强、操作方便、安全可靠，适合于硬脆材料的切片加工。     

固结磨料金刚石锯丝制造技术

随着晶体尺寸的增大和切片质量要求的提高,固结磨料金刚石线锯的研制引起高度重视.电镀金刚石线锯具有磨粒把持强度高、耐磨性好等特点,但锯丝制造周期长,制造成本高,可采用毡刷摩擦阴极表面等工艺提高电镀金刚石锯丝的生产率.树脂结合剂金刚石锯丝的制造工艺简单,成本低,但在树脂加热固化过程中易引起金属丝青脆,可在树脂中添加微细铜粉提高锯丝的强度.采用镍涂层为金刚石磨料,可以提高锯丝的金刚石把持强度.