新産業材料加工用ダイヤモンド工具

 

シリコンは、モース硬度 6.5 の硬くてもろい材料です。 用途に応じて多結晶シリコン、単結晶シリコンにすることができます。 IC 集積回路で広く使用されており、太陽光発電業界で最も基本的かつ重要な材料でもあります。 単結晶シリコンの製造方法は、通常、多結晶シリコンや非晶質シリコンを用意し、その融液からチョクラルスキー法や懸濁帯溶融法で棒状の単結晶シリコンを成長させます。 多結晶シリコンは、単結晶シリコンの一種です。 溶融した単結晶シリコンを過冷却状態で凝固させると、シリコン原子がダイヤモンド格子状に配列し、多数の結晶核が形成されます。 これらの結晶核が成長して方位の異なる結晶粒になると、これらの結晶粒が結合してポリシリコンに結晶化します。

 

二
単結晶シリコンと多結晶シリコンのプロセスフロー

単結晶シリコンの処理フローには、主に、切断、丸め、四角、切断、研削、スライス、面取り、研削、化学エッチング、研磨、およびその他のステップが含まれます。 対照的に、ポリシリコンには切断と丸めのステップがなく、インゴットが準備された後、正方形とスライスに切断するだけで済みます。 インゴットからチップまでの単結晶シリコンと多結晶シリコンを準備する全プロセス中に、さまざまな目的のダイヤモンドツールが処理に参加する必要があり、処理精度は比較的高いです。 具体的な手順と対応するツールとインジケーターを表 2 に示します。表 2 から、単結晶シリコンと多結晶シリコンに基づく加工ツールには、主にダイヤモンド ソー ブレード、バンド ソー、ダイヤモンド砥石、ダイヤモンド ワイヤー ソーなどがあることがわかります。 .

 

サファイアの組成は Al2O3 で、モース硬度はダイヤモンドに次ぐ硬度 9 です。 ハイテク産業では、主に LED 発光部品の基板として使用されています。 サファイアは硬くてもろく、高価です。 通常、高精度、高速処理効率、材料損失の低減、および処理中のクリーンな作業環境が必要です。 ダイヤモンドは自然界で最も硬度が高く、耐摩耗性に優れた素材であり、この素材の加工にはダイヤモンド工具が最適です。

二
サファイアの加工工程

サファイア結晶のインゴットから最終的な基板のサファイア スライスまで、主に次のステップが含まれます: 結晶の成長 - ロッドの引き上げ - ローリング - 結晶ロッドの向き - スライス - 研削 - 面取り - 研磨、各ステップは異なるダイヤモンドを装備する必要があります。完了するためのツール、主なツールはドリルビット、砥石、ワイヤーソーなどです。

結晶成長：結晶成長炉を使用して、大型で高品質の単結晶サファイア結晶を成長させます。

ロッドを引き抜く：サファイアドリルを使用して、サファイアクリスタルからサファイアクリスタルロッドを引き抜きます。

バレル研削: 円筒研削盤を使用して水晶棒を研削し、正確な外円サイズの精度を得ます。

向き：正確なスライス処理に便利な、スライサー上のサファイアクリスタルロッドの位置を正確に見つけます。

スライス: ダイヤモンド ワイヤー ソーを使用して、サファイア インゴットを薄いウェーハにスライスします。

研削: スライスによって生じたウェーハ切断損傷層を除去し、ウェーハの平坦度を改善します。

面取り：シートのエッジの機械的強度を向上させるために、ウェーハのエッジを円弧形状にトリミングします。

研磨: ウェーハの粗さを改善して、その表面がエピタキシャル ウェーハ エピタキシーの精度に到達できるようにします。

(1) ダイヤモンド外丸鋸刃

ダイヤモンドの外側の丸のこ刃は、以前の切削工具です。 外周のダイヤモンドメッキ丸鋸刃の直径は約200mm。 主に単結晶シリコン丸棒をシリコン角棒に加工するために使用されます。 処理された単結晶シリコン棒は対称的な長方形です。 現在、ダイヤモンドの外側丸鋸刃はサファイア結晶ロッドの切断にも使用されており、通常はホットプレス焼結された連続エッジのダイヤモンド鋸刃です。 メリットは構造が簡単で操作が簡単、ブレード価格が安いことですが、デメリットはブレードが厚い、カーフが広い、材料ロスが大きい、切断面の平行度が悪いなどです。

(2) ダイヤモンド内丸鋸刃

ダイヤモンド内丸鋸刃の利点は、剛性が高く、{{0}.1mm まで非常に薄くできることです。 スライス精度は非常に高く、直径200mmのウェーハの厚さの差はわずか0.01mmです。 各ピースは放射状に調整でき、スライスの厚さを調整できます。小さなバッチや複数の仕様を処理する場合に柔軟な調整機能を備えています。 欠点は、スライスの表面の損傷層が大きいことです。 生産性が低く、一度に 1 個しか切断できません。 カットできるのは直線のみで、曲面はカットできません。 直径が大きすぎるウェーハは切断できません。

 

二
高精度ネスティングドリルビット
ネスティングドリルビットの加工対象は、サファイアなどの比較的貴重な硬脆材料です。 主に時計ケース、光学ガラス、LED基板の加工に使用されています。 ドリルビットの精度要件は非常に高いです。 2- インチのネスティング ドリル ビットを例にとると、日本でのドリル ビットの価格は 2,500 元以上に達し、国内のドリル ビットの価格も 800 元以上に達することがあります。 同じ仕様（約100元）のエンジニアリングドリルビットと比較して、そのような製品付加価値が非常に高く、市場の需要は年々増加しているため、比較的幅広いアプリケーションの見通しがあります。

ネスティングドリルの製造技術には、超薄型環状カッターヘッド製造技術、高精度溶接技術、ドリルビットフォローアップ研削技術が含まれます。 その中でも、極薄環状カッターヘッドの品質は、製品の最終的な使用性能に決定的な影響を与えます。 この技術には、均一混合、細粒化、標準化されたホットプレス焼結、脱型などの一連の製造プロセスと操作基準が含まれます。 高精度溶接技術は、表面処理、溶接同心度調整、標準化された溶接など、ドリルビットの同心度と溶接強度を確保するための重要なステップです。 ; ドリルビットのフォローアップ研削により、ドリルビットの精度をさらに向上させることができます。

三つ
ダイヤモンドソーブレード

日本企業が2006年にダイヤモンドワイヤーソー製品を発売し、日本と台湾で広く使用されています。 これまでのところ、中国には長沙大楽や南京三超などの大規模生産のダイヤモンド ワイヤー ソー企業があります。 ダイヤモンド ワイヤー ソーは、単結晶シリコン、多結晶シリコン、サファイアの角切りとスライスにも広く使用されており、市場の需要は非常に大きいです。

一般的に、結晶シリコンの角切りに使用されるダイヤモンドワイヤーソーの直径は{{0}}.35mm、結晶シリコンのスライスに使用されるワイヤー直径は0.12mmです。サファイアのスライスに使用されるワイヤーソーは、一般的に 0.25mm です。 表4に示すように、遊離砥粒ワイヤーソー切断と比較して、ダイヤモンドワイヤーソーの切断効率は大幅に向上します。 価格の面では、ダイヤモンド ワイヤー ソーは最初の 3 元/m から現在の 0.6 元/m に変わりました。また、顧客が高品質の製品を低価格で使用する機会を大いに促進します。

 

大型シリコンウェーハとサファイアウェーハの応用と開発により、ダイヤモンドワイヤーソーは、シリコンウェーハとサファイアウェーハ用の新世代の切削工具になります。 大型のシリコン/サファイアインゴットの切断、材料の節約、高い利益、大量生産、および高効率など、この一連の比類のない利点は、シリコンウェーハおよびサファイア加工企業によって高く評価されます。

 

四
ダイヤモンドバンドソー

ダイヤモンドバンドソーブレードは一般的に電気メッキ製品で、単結晶シリコン、多結晶シリコン、サファイアなどの高硬度結晶の切断や、水晶、ガラス、ヒスイ、石モザイク、非鉄金属などの硬くて脆い材料の切断に適しています。 、および磁性材料。 スチールベルトは一般に、高品質のステンレス鋼、シームレスな溶接プロセス、優れた溶接性能、優れた弾性と靭性、高い耐疲労性、高い引張強度、長い耐用年数、および正確なたわみでできています。 刃先は高品位のダイヤモンド粒子でできており、強力な耐摩耗性バイメタルの使用が刃先に均等かつしっかりとはめ込まれており、長寿命、鋭さ、滑らかな切断面、高効率、低騒音という特徴があります。 . 通常、帯鋸刃の幅は 38 mm、厚さは 0.6 mm、円周は 3230 ～ 6100 mm で、主要な太陽光発電企業で広く使用されています。

五
超微粒ダイヤモンド砥石

硬質脆性材料の加工には、丸砥石、平砥石、薄化砥石、研磨砥石などがあり、砥石を使用して結晶棒を加工します。 ダイヤモンドの粒子サイズは、250# から 8000# の範囲です。 結晶シリコン、サファイア、その他の硬くて脆い材料の研削と研磨に使用されるセラミックベースは、製品の最大のカテゴリに属します。

シリコンウェーハ研削の目的は、スライスやホイール研削で発生したソーマークや表面損傷層を除去し、シリコンウェーハの反り、平面度、平行度を効果的に改善し、研磨工程で対応できる仕様にすることです。 シリコンウェーハを研削する場合、クラックの大きさと均一性を制御することが重要です。 単結晶シリコンは硬くてもろい材料です。 研削すると、研磨剤は転がりとマイクロカットの効果があります。 素材のダメージは主にマイクロブレイクです。 光沢仕上げ。 研削工程では、粒径350＃のビトリファイドダイヤモンド砥石を使用でき、加工面の粗さは約0.5μmで、砥石の直径は通常200mm〜350mmです。

研磨の目的は、単結晶シリコンウェーハの表面の微細な欠陥を改善し、表面の変質層や傷のない非常に高い平坦度と表面粗さの最小限のウェーハ表面を得ることです。 研磨方法：粗研磨の主な機能は損傷層を除去することであり、一般的な除去量は約10μm〜20μmであり、粒子サイズが1000＃〜4000＃の樹脂ベースの砥石を使用できます。 精密研磨の主な機能は、製品の表面のマイクロラフネスを改善することです。一般に、除去量は 1 μm 未満であり、粒径 8000# のダイヤモンド砥石が選択できます。

六
ダイヤモンド超薄切片

極薄切断刃は、ダイヤモンドと結合剤で構成された円形の薄いシート オブジェクトで、厚さは 0.015 ～ 0.5 mm です。 メタルボンドブレードとレジンボンドブレードに分けられます。 その中で、メタルボンド電気メッキブレードの厚さは0.015mmと0.1mmであり、メタルボンドホットプレスブレードとレジンボンドブレードの厚さは0.1です。 mm~0.5mm。 超薄型カッティングディスクは、シリコン、ゲルマニウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、リン化ヒ化ガリウム、フェライト、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、圧電セラミックス、光学セラミックス、ガラスなど; 切削精度が高く、カーフが狭く、寿命が長いなどの特徴があります。特殊な機器に使用する場合、1本のナイフで使用することも、複数のナイフで同時に使用することもできます。 情報電子産業の急速な発展に伴い、マイクロ電子部品と集積回路の切断要件はますます高くなり、切断量も増加しています。 情報によると、世界の超薄型カッティングディスクの年間売上高は 5 億米ドルを超えています。 現在、そのような製品の市場は、主に日本や米国などの世界をリードする企業によって占められています。 これらの会社が製造するナイフは、安定した性能、完全な仕様、高い切断精度を備えています。 私の国の電子産業は急速な発展期に入り、精密切削工具の需要も急速な成長期に入りました。 しかし、中国でのこのタイプの製品の開発の開始が遅れたため、その性能にはまだ多くの欠陥があり、国内市場の急速な発展の要件を満たすことができません。 毎年、海外から多種多様な極薄シートを大量に輸入する必要があります。 中国では薄形砥石を研究・製造し、市場に参入する企業は非常に少ないため、極薄切刃の研究開発は幅広い市場展望を持っています。

 

(2) 超薄型カッティングディスク、超微粒ダイヤモンド砥石、高精度ドリルビットなどの一部の高精度精密ダイヤモンド工具については、国内製品と海外製品の間に依然としてギャップがあります。パフォーマンスの低下または不安定に現れます。 大中規模の企業は、生産の安定性を維持するために、高価な外国製品をより積極的に購入するようになります。 これは、国内の関連工具メーカーにとっても、製品の性能を可能な限り向上させ、製品の精度が使用要件を満たしている間に製品の品質を維持するという新たな課題をもたらします。

パフォーマンスの安定性。

(3) 国産品は、ハイエンドで精密なダイヤモンド工具の方向を目指す必要がある。 製造工程では、製品性能の安定性を確保するために、厳格な製品基準とプロセス規制が策定されています。 さらに、高精度のCNC工作機械、EDM、ワイヤ切断、およびその後のトリミングと製品の改善のためのその他の機器。