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              金剛石線(xiàn)切割的原理、特點(diǎn)及其在精密超精密加工領(lǐng)域的應用

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              金剛石線(xiàn)切割

              20世紀90年代,國際上為了解決大尺寸硅片的加工問(wèn)題,采用了線(xiàn)鋸加工技術(shù)將硅棒切割成片。早期的線(xiàn)鋸加工技術(shù)是采用裸露的金屬線(xiàn)和游離的磨料,在加工過(guò)程中,將磨料以第三者加入到金屬線(xiàn)和加工件之間產(chǎn)生切削作用[1]。這種技術(shù)被成功地用于對硅和碳化硅的加工。為了進(jìn)一步縮短加工時(shí)間,以及對其它堅硬物質(zhì)和難以加工的陶瓷進(jìn)行加工,人們將金剛石磨料以一定的方式固定到金屬線(xiàn)上,從而產(chǎn)生了固定金剛石線(xiàn)鋸。

              3.1金剛石線(xiàn)切割的原理

              圖片2 

              3.1金剛石線(xiàn)切割原理圖

              如圖3.1高速往復運動(dòng)的切割線(xiàn)帶動(dòng)砂漿到切割區,使砂漿中的研磨顆粒(SiC顆粒)與硅棒表面高速磨削,由于研磨顆粒有非常銳利的棱角,并且硬度遠大于硅棒的硬度,所以硅棒與線(xiàn)鋸接觸的區域逐漸被砂漿磨削掉,進(jìn)而達到切割的效果,同時(shí)砂漿也可以帶走磨削中產(chǎn)生的大量熱[2]。

              在對金剛石線(xiàn)鋸切割機理的認識過(guò)程中,許多研究者認為,金剛石磨粒的微觀(guān)切削運動(dòng)是一個(gè)滾動(dòng)、嵌入過(guò)程,提出了“滾動(dòng) -嵌入”模型。Li 等人提出鋸絲施加在磨粒上的力帶動(dòng)磨粒沿切削表面滾動(dòng),同時(shí)壓擠磨粒嵌入切削表面,從而形成剝落片屑和表面裂縫,形成宏觀(guān)的切割作用。重點(diǎn)研究了磨粒嵌入工件時(shí)的應力分布和作用, 發(fā)現磨粒對材料的最大剪切應力發(fā)生在微觀(guān)切削表面之下,據此對磨料的選擇進(jìn)行優(yōu)化。Kao 等人指出在 “滾動(dòng) - 嵌入” 模型中,磨粒的運動(dòng)除滾動(dòng)和嵌入外,還包括刮擦, 三者共同形成切削作用。Bhagavat等人則在這個(gè)模型中考慮了磨漿的作用并認為,在鋸絲帶動(dòng)游離磨料切割硅錠的小區域內,鋸絲與磨漿的運動(dòng)構成了一個(gè)彈性流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境,用有限元方法分析鋸絲與硅錠間的磨漿彈性流體動(dòng)力學(xué)模型,得到磨漿薄膜厚度和壓力分布關(guān)于走絲速度、磨漿粘度和切割條件的函數, 還得出結論:磨漿薄膜厚度大于平均磨粒尺寸,是磨粒的流動(dòng)產(chǎn)生了切削[3]。

              3.2  金剛石線(xiàn)切割的導線(xiàn)輪

                    根據切割材料直徑不同和設備制造廠(chǎng)家的技術(shù)考慮導線(xiàn)輪有2輪、3輪、4輪不等,安裝方法有2輪平行、等邊三角形或梯形,如圖3.2所示。


              圖片2.lnk

               

              3.2導線(xiàn)輪安裝形式

              導線(xiàn)輪是控制片厚的關(guān)鍵部件,導線(xiàn)輪是用高分子材料制作的精密滾輪,在其表而刻有等同于線(xiàn)寬、深的螺旋槽,切割時(shí)將線(xiàn)繞在導線(xiàn)輪上。要求其材料耐磨性要好、剛度要高,在切割張緊時(shí)不能變形:片厚的控制取決于槽間寬度,槽間寬度誤差應小于5um,所以對材質(zhì)要求和加工精度都非常高[4]。

              3.3  金剛石線(xiàn)切割的特點(diǎn)[5]

              a) 可加工非導電材料 而傳統的放電加工則不能

              b)  可進(jìn)行多線(xiàn)切割

              c) 刀縫損失小 這對加工成本高的半導體和貴重材料非常重要。用直徑350 m 的金剛石線(xiàn)切SiC單晶時(shí)刀縫才為0 .3048 mm

              d) 可自由改變切割位向

              3.4 金剛石線(xiàn)切割的應用

              20世紀90年代,國際上為了解決大尺寸硅片的加工問(wèn)題,采用了線(xiàn)鋸加工技術(shù)將硅棒切割成片,這種技術(shù)被成功地用于對硅和碳化硅的加工。

              目前,采用金剛石工具切割花崗石是石材加工常用的方法之一

                  目前在光電子工業(yè)中使用最為廣泛的是往復式多線(xiàn)鋸

              金剛石線(xiàn)切割被廣泛的用在大尺寸半導體和光電池薄片切割

               

              參考文獻

              [1]Ito S,Murata R Study on machining characteristics of dia—mond abrasive wire EJ].J Mechanical Engineering Lab,1987,41(5):236

              [2]馮濤,李保軍,馬玉通.鍺單晶切割工藝研究[J].電子工業(yè)專(zhuān)用設備,2009,175.

              [3]周銳,李劍峰等.金剛石線(xiàn)鋸的研究現狀與進(jìn)展[J].現代制造工程,2004,(6):112-115.

              [4]楊樹(shù)人,王宗昌.半導體材料[M].北京:科學(xué)出版社,2003,56-59.

               


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