Outils diamantés pour le traitement de nouveaux matériaux industriels

 

Le silicium est un matériau dur et cassant avec une dureté Mohs de 6,5. Il peut être transformé en silicium polycristallin et en silicium monocristallin selon l'application. Il est largement utilisé dans les circuits intégrés IC et est également le matériau le plus fondamental et le plus critique de l'industrie de la production d'énergie photovoltaïque. La méthode de fabrication du silicium monocristallin consiste généralement à préparer d'abord du silicium polycristallin ou du silicium amorphe, puis à faire croître du silicium monocristallin en forme de tige à partir de la masse fondue par la méthode Czochralski ou la méthode de fusion de la zone de suspension. Le silicium polycristallin est une forme de silicium monocristallin. Lorsque le silicium monocristallin fondu est solidifié dans des conditions de surfusion, les atomes de silicium sont disposés sous la forme de réseaux de diamant pour former de nombreux noyaux cristallins. Si ces noyaux cristallins se transforment en grains cristallins avec des orientations différentes, alors ces grains se combinent pour cristalliser en polysilicium

 

deux
Flux de traitement du silicium monocristallin et du silicium polycristallin

Le flux de traitement du silicium monocristallin comprend principalement les étapes de coupe-arrondi-équerre-coupe-meulage-tranchage-chanfreinage-meulage-gravure chimique-polissage et d'autres étapes. En revanche, le polysilicium n'a pas les étapes de coupe et d'arrondi, et n'a besoin d'être coupé en carrés et en tranches qu'après la préparation du lingot. Pendant tout le processus de préparation du silicium monocristallin et du silicium polycristallin du lingot à la puce, des outils diamantés à des fins différentes sont nécessaires pour participer au traitement, et la précision du traitement est relativement élevée. Les étapes spécifiques et les outils et indicateurs correspondants sont présentés dans le tableau 2. On peut voir dans le tableau 2 que les outils de traitement à base de silicium monocristallin et de silicium polycristallin comprennent principalement des lames de scie diamantées, des scies à ruban, des meules diamantées et des scies à fil diamanté, etc. .

 

La composition du saphir est Al203 et sa dureté Mohs est de 9, juste derrière la dureté du diamant. Dans l'industrie de haute technologie, il est principalement utilisé comme substrat de composants électroluminescents à LED. Le saphir est dur et cassant, et cher. Cela nécessite généralement une grande précision, une efficacité de traitement rapide, une faible perte de matière et un environnement de travail propre pendant le traitement. Le diamant est le matériau avec la dureté la plus élevée et la plus forte résistance à l'usure dans la nature, et les outils diamantés sont le meilleur choix pour traiter ce matériau.

deux
Processus de traitement du saphir

Du lingot de cristal de saphir à la tranche de saphir du substrat final, il comprend principalement les étapes suivantes : croissance du cristal - tige de traction - laminage - orientation de la tige de cristal - tranchage - meulage - chanfreinage - polissage, chaque étape doit être équipée de différents diamants outils à compléter, les principaux outils sont les forets, les meules, les scies à fil, etc.

Croissance cristalline : utilisez un four de croissance cristalline pour faire pousser des cristaux de saphir monocristallin de grande taille et de haute qualité ;

Retirez la tige : utilisez la perceuse à saphir pour retirer la tige de cristal de saphir du cristal de saphir ;

Broyage du baril : utilisez une meuleuse cylindrique pour broyer la barre de cristal afin d'obtenir une précision précise de la taille du cercle extérieur ;

Orientation : localisez avec précision la position de la tige en cristal de saphir sur la trancheuse, ce qui est pratique pour un traitement de tranchage précis ;

Tranchage : Trancher le lingot de saphir en tranches minces à l'aide d'une scie à fil diamanté ;

Meulage : éliminez la couche d'endommagement de la plaquette causée par le tranchage et améliorez la planéité de la plaquette ;

Chanfreinage : coupez le bord de la plaquette en forme d'arc de cercle pour améliorer la résistance mécanique du bord de la feuille ;

Polissage : améliorez la rugosité de la plaquette afin que sa surface puisse atteindre la précision de l'épitaxie de plaquette épitaxiale.

(1) Lame de scie circulaire extérieure en diamant

La lame de scie circulaire extérieure en diamant est un outil de coupe plus ancien. Le diamètre de la lame de scie circulaire diamantée sur la circonférence extérieure est d'environ 200 mm. Il est principalement utilisé pour transformer des tiges rondes en silicium monocristallin en tiges carrées en silicium. Les tiges de silicium monocristallin traitées sont rectangulaires symétriques ; À l'heure actuelle, les lames de scie circulaires extérieures en diamant sont également utilisées pour couper des tiges de cristal de saphir, généralement des lames de scie en diamant à bord continu frittées pressées à chaud. Ses avantages sont une structure simple, une utilisation facile et un prix de lame bon marché, mais ses inconvénients sont une lame épaisse, un trait de scie large, une perte de matériau importante et un mauvais parallélisme de la surface de coupe.

(2) Lame de scie circulaire intérieure en diamant

L'avantage de la lame de scie circulaire intérieure en diamant est qu'elle a une bonne rigidité et peut être rendue très fine, atteignant {{0}} 0,1 mm ; la précision de tranchage est très élevée et la différence d'épaisseur d'une plaquette de 200 mm de diamètre n'est que de 0,01 mm; chaque pièce peut être ajustée radialement et en tranches d'épaisseur Il a une capacité de réglage flexible lors du traitement de petits lots et de plusieurs spécifications. L'inconvénient est que la couche endommagée à la surface de la tranche est importante ; la productivité est faible et une seule pièce peut être coupée à la fois ; seules les lignes droites peuvent être coupées et les surfaces courbes ne peuvent pas être coupées ; les tranches de trop grand diamètre ne peuvent pas être coupées.

 

Deux
Foret emboîtable de haute précision
L'objet de traitement du foret à emboîtement est des matériaux durs et cassants relativement précieux tels que le saphir. Il est principalement utilisé pour le traitement des boîtiers de montres, du verre optique et des substrats LED. Les exigences de précision du foret sont très élevées. En prenant l'exemple du foret emboîtable de 2- pouces, le prix des forets au Japon peut atteindre plus de 2 500 yuans, et le prix des forets domestiques peut également atteindre plus de 800 yuans. Par rapport aux forets d'ingénierie de la même spécification (environ 100 yuans), ces produits Il a une valeur ajoutée extrêmement élevée et la demande du marché augmente d'année en année, il a donc une perspective d'application relativement large.

La technologie de fabrication de la perceuse à emboîtement comprend une technologie de fabrication de tête de coupe annulaire ultra-mince, une technologie de soudage de haute précision et une technologie de meulage de suivi de foret; parmi eux, la qualité de la tête de coupe annulaire ultra-mince a un impact décisif sur les performances d'utilisation finale du produit. Cette technologie comprend une série de processus de production et de normes d'exploitation telles que le mélange uniforme, la granulation fine, le frittage à chaud standardisé et le démoulage. La technologie de soudage de haute précision est une étape clé pour assurer la concentricité et la force de soudage du foret, y compris le traitement de surface, le réglage de la concentricité du soudage et le soudage standardisé. ; Le meulage de suivi du foret peut encore améliorer la précision du foret.

Trois
Lame de scie diamantée

Une société japonaise a lancé un produit de scie à fil diamanté en 2006, et il a été largement utilisé au Japon et à Taïwan. Jusqu'à présent, il y a eu des sociétés de production de scies à fil diamanté à grande échelle en Chine, notamment Changsha Daile et Nanjing Sanchao. Les scies à fil diamanté sont également largement utilisées pour équarrir et trancher le silicium monocristallin, le silicium polycristallin et le saphir, et la demande du marché est énorme.

Généralement, le diamètre de la scie à fil diamanté utilisée pour le quadrillage du silicium cristallin est de {{0}}.35 mm, le diamètre du fil utilisé pour le tranchage du silicium cristallin est de 0.12 mm, et le diamètre du fil du La scie à fil utilisée pour le tranchage du saphir est généralement de 0 0,25 mm. Par rapport à la coupe à la scie à fil abrasif libre, l'efficacité de coupe de la scie à fil diamanté est grandement améliorée, comme indiqué dans le tableau 4 ; en termes de prix, la scie à fil diamanté est passée des 3 yuans/m initiaux aux 0,6 yuans actuels par mètre. Cela favorise également grandement la possibilité pour les clients d'utiliser des produits de haute qualité à bas prix.

 

Avec l'application et le développement de tranches de silicium et de tranches de saphir de grande taille, les scies à fil diamanté deviendront une nouvelle génération d'outils de coupe pour les tranches de silicium et les tranches de saphir. Couper des lingots de silicium/saphir de grande taille, économiser des matériaux, des avantages élevés, un rendement élevé et un rendement élevé, cette série d'avantages incomparables sera très appréciée par les entreprises de traitement de plaquettes de silicium et de saphir.

 

Quatre
Scie à ruban diamantée

Les lames de scie à ruban diamantées sont généralement des produits galvanisés, adaptés à la coupe de cristaux de haute dureté tels que le silicium monocristallin, le silicium polycristallin et le saphir, ainsi qu'à la coupe de matériaux durs et cassants tels que le cristal, le verre, le jade, la mosaïque de pierre, les métaux non ferreux. , et matériaux magnétiques. La ceinture en acier est généralement constituée d'acier inoxydable de haute qualité, d'un procédé de soudage sans soudure, d'excellentes performances de soudage, d'une bonne élasticité et ténacité, d'une résistance élevée à la fatigue, d'une résistance élevée à la traction, d'une longue durée de vie et d'une déviation précise. le tranchant est constitué de particules de diamant de haute qualité, l'utilisation d'un bimétal solide résistant à l'usure est uniformément et fermement incrusté sur le tranchant, qui présente les caractéristiques d'une longue durée de vie, d'une netteté, d'une surface de coupe lisse, d'une efficacité élevée et d'un faible bruit . Généralement, la largeur de la lame de scie à ruban est de 38 mm, l'épaisseur est de 0 0,6 mm et la circonférence est de 3230 ~ 6100 mm, ce qui est largement utilisé dans les grandes entreprises photovoltaïques.

Cinq
Meule diamantée à grain ultra-fin

Le traitement des matériaux durs et cassants comprend les meules rondes, les meules plates, les meules amincissantes et les meules de polissage, etc., qui utilisent des meules pour traiter les tiges de cristal. La taille des particules de diamant varie de 250 # à 8000 #. La base céramique, utilisée dans le meulage et le polissage du silicium cristallin, du saphir et d'autres matériaux durs et cassants, appartient à la plus grande catégorie de produits.

Le but du meulage des tranches de silicium est d'éliminer les marques de scie et la couche de dommages de surface causées par le tranchage et le meulage des meules, d'améliorer efficacement le gauchissement, la planéité et le parallélisme des tranches de silicium et d'atteindre une spécification qui peut être gérée par un processus de polissage. Lors du meulage de tranches de silicium, il est important de contrôler la taille et l'uniformité des fissures. Le silicium monocristallin est un matériau dur et cassant. Lorsqu'il est meulé, l'abrasif a pour effet de laminer et de micro-découper. Les dommages du matériau sont principalement des micro-casses. Fini lustré. Le processus de meulage peut utiliser une meule en diamant vitrifié avec une granulométrie de 350#, la rugosité de la surface traitée est d'environ 0,5 μm et le diamètre de la meule est généralement de 200 mm à 350 mm.

Le but du polissage est d'améliorer les micro-défauts à la surface des plaquettes de silicium monocristallin pour obtenir une surface de plaquette avec une planéité extrêmement élevée et une rugosité de surface minimale, et ne nécessite aucune couche de détérioration ni aucune rayure sur la surface. Méthode de polissage : la fonction principale du polissage grossier est d'éliminer la couche endommagée, la quantité d'élimination générale est d'environ 10 μm ~ 20 μm, et une meule à base de résine avec une granulométrie de 1000 # ~ 4000 # peut être utilisée ; la fonction principale du polissage fin est d'améliorer la micro-rugosité de la surface du produit. Généralement, la quantité d'élimination est inférieure à 1 μm et une meule diamantée d'une granulométrie de 8000 # peut être sélectionnée.

Six
Section ultra-mince de diamant

La lame de coupe ultra-fine est un objet en feuille mince circulaire composé de diamant et de liant, d'une épaisseur comprise entre 0.015 et 0.5 mm. Il peut être divisé en lames à liant métallique et en lames à liant résine. Parmi eux, l'épaisseur de la lame de galvanoplastie à liaison métallique est de 0.015 mm et 0.1 mm, et l'épaisseur de la lame de pressage à chaud à liaison métallique et de la lame à liaison de résine est de 0,1 mm~0.5mm. Les disques de coupe ultra-fins sont largement utilisés dans l'industrie électronique pour couper ou fendre divers matériaux durs et cassants, tels que le silicium, le germanium, le phosphure de gallium, l'arséniure de gallium, le phosphure d'arséniure de gallium, la ferrite, le niobate de lithium, le tantalate de lithium, la céramique piézoélectrique, l'optique céramique, verre, etc.; ont les caractéristiques d'une précision de coupe élevée, d'un trait de scie étroit, d'une longue durée de vie, etc. Lorsqu'il est utilisé sur un équipement spécial, il peut être utilisé avec un seul couteau ou avec plusieurs couteaux en même temps. Avec le développement rapide de l'industrie de l'électronique de l'information, les exigences de coupe pour les composants microélectroniques et les circuits intégrés deviennent de plus en plus élevées, et le volume de coupe augmente également. Selon les informations, les ventes annuelles de disques de coupe ultra-fins dans le monde atteignent plus de 500 millions de dollars américains. À l'heure actuelle, le marché de ces produits est principalement occupé par des entreprises de renommée mondiale telles que le Japon et les États-Unis. Les couteaux produits par ces sociétés ont des performances stables, des spécifications complètes et une grande précision de coupe. L'industrie électronique de mon pays entre dans une période de développement rapide et la demande d'outils de coupe de précision est également entrée dans une période de croissance rapide. Cependant, en raison du démarrage tardif du développement de ce type de produit en Chine, il existe encore de nombreux défauts dans ses performances, qui ne peuvent répondre aux exigences du développement rapide du marché intérieur. Il est nécessaire d'importer chaque année un grand nombre de différents types de feuilles ultra-minces de l'étranger. En Chine, il y a très peu d'entreprises qui recherchent et fabriquent des meules fines et entrent sur le marché, de sorte que la recherche et le développement de meules de coupe ultra-fines ont une large perspective de marché.

 

(2) Pour certains outils diamantés de précision de haute précision, tels que les disques de coupe ultra-fins, les meules diamantées à grain ultra-fin et les forets de haute précision, il existe encore un écart entre les produits nationaux et les produits étrangers, ce qui est se manifeste par des performances médiocres ou instables. Les grandes et moyennes entreprises seront plus disposées à acheter des produits étrangers coûteux pour maintenir la stabilité de la production. Cela pose également un nouveau défi aux fabricants d'outils nationaux, à savoir améliorer autant que possible les performances du produit et maintenir la qualité du produit tandis que la précision du produit répond aux exigences d'utilisation.

stabilité des performances.

(3) Les produits nationaux doivent viser la direction des outils diamantés haut de gamme et de précision. Au cours du processus de production, des normes de produit strictes et des réglementations de processus sont formulées pour assurer la stabilité des performances du produit ; en outre, des machines-outils CNC de haute précision, EDM, coupe-fil et autres équipements pour la coupe et l'amélioration ultérieures du produit.