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

  • 發(fā)布日期:2024-06-25      瀏覽次數:123
    • 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。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。

      1.1金剛石線(xiàn)切割的原理


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                            圖1.1金剛石線(xiàn)切割原理圖


      如圖1.1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)生的大量熱能。

      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。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。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。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。

      1.2  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1.2所示。

       

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      1.2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]

      1.3  金剛石線(xiàn)切割的特點(diǎn)

      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

      1.4 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


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