Arten von Mehrdrahtsägemaschinen: Ein Klassifizierungsleitfaden

Arten von Mehrdrahtsägemaschinen: Wie jedes Design verschiedenen Branchen dient

Was ist eine Mehrdrahtsägemaschine?

Mehrdrahtsäge ist eine Schneidausrüstung zum Schneiden eines Werkstücks in unzähligen Stücken in einem Schritt, indem in den spezifischen Abständen mehrere parallele Drähte verwendet werden, wodurch flache und gleichmäßige Wafer oder Platten entstehen.

Im Gegensatz zu einem Einzelsägewerkzeug, das einen Schnitt nach dem anderen nimmt, erreicht Mehrdrahtsägemaschine mehrere hundert oder sogar tausende Schnitte gleichzeitig Drahtführungsrolle mit bearbeiteten Nuten stellt die Drahtneigung her, die die Schichtdicke bestimmt Werkstücke werden mit kontrollierter Geschwindigkeit in die Drahtbahn eingespeist.

Dazwischen gibt es zwei getrennte Drahtarten für die beiden Hauptfamilien der Mehrdrahtsägen: Frei abrasiv, auf Güllebasis: blanker Stahldraht Das Schneiden erfolgt durch die Aufschlämmung von Siliziumkarbidkörnern, die in PEG (Polyethylenglykol) suspendiert sind; undFi×-Schleifmittel, Diamantdraht: Granit befindet sich im Fi-F-Grieß (obwohl es sich tatsächlich um winzige, synthetische Diamantpartikel handelt), der direkt mit dem Draht verbunden ist, der für das Schneiden verantwortlich ist.

Beide Klingentypen haben ihre eigenen einzigartigen Vorteile, abhängig vom zu schneidenden Material, dem Grad der benötigten Präzision und dem Produktionsvolumen. Andere Klingentypen finden sich außerhalb dieser beiden Hauptkategorien, wie z. B. spezielle Optionen für das Schneiden von Steinblöcken und Endlosschleifenmaschinen für Materialien, die extremere Schneidtechniken erfordern. Im Folgenden beschreiben wir jeden der verfügbaren Klingentypen nach ihrem Funktionsmechanismus, ihren Spezifikationen und der Branche, die sie verwendet. Wir helfen Designern und Käufern gleichermaßen dabei, sich vorzustellen, welche Maschine für die Anwendung geeignet ist.

Multikabelsägen auf Schlammbasis

Mehrdrahtsägen auf Schlammbasis (auch als freie Schleifdrahtsägen bezeichnet) waren die ersten Arbeitstiermaschinen der Siliziumwaferindustrie, diese Maschinen verwenden blanken Stahldraht (im Allgemeinen 100-160 m Durchmesser), der um Führungsrollen gewickelt wird, um eine Drahtbahn zu erzeugen. Der Draht selbst führt kein Schneiden durch, sondern ermöglicht stattdessen einen Fluss von Aufschlämmung, die SiC-Schleifpartikel in Polyetherketon (PEG) enthält, auf die Drahtbahn.

Während sich der Draht mit hoher Geschwindigkeit fortbewegt, zieht er die Schleifpartikel über die Werkstückoberfläche, Schleifpartikel erledigen dann die eigentliche Arbeit des Materialentfernungsprozesses mittels eines Dreikörperabriebverfahrens.

Historisch gesehen waren Slurry Based-Systeme Marktführer für die Produktion von Solarzellen und Halbleiterwafern Die Drahtzahlen von Produktionsmaschinen liegen zwischen 1.000 und 2.000+ pro Maschine und ein einzelner 300-mm-Siliziumbarren kann in einem einzigen Lauf in Hunderte von Wafern geschnitten werden. Schweißnähte treten bei einer relativ geringen Drahtspannung auf (etwa 20-30 N pro Strang) und Wafer besitzen ein “mattes”Aussehen.

Die Schnittfugenbreite von Sägen auf Güllebasis ist jedoch im Allgemeinen im Bereich von 200-250 m (wesentlich breiter als ein Diamondrahtersatz Dies ist wichtig, da jeder Wafer dafür eine größere Menge Sägemehl aus dem ursprünglichen Rohstoff erzeugt Blanch et al. vom International Journal of Advanced Manufacturing Technology fanden heraus, dass beim Einsägen von Siliziumbarren in 200+ m Wafer 40-50 1TP3 T des ursprünglichen Siliziumbarrens Sägemehl wird.

Seit heute werden Mehrdrahtsägen auf Güllebasis bei der monokristallinen Siliziumherstellung fast vollständig durch Diamantdrahtsysteme ersetzt. Sie werden jedoch immer noch in einigen multikristallinen Siliziumanwendungen und zum Sägen von Materialien verwendet, bei denen der weichere Dreikörperabrieb mit losem Schleifmittel in der Gülle weniger Schäden im Untergrund verursacht als direkte Diamanteinschläge. Die Schleif-/Schläffwirkung von losem Schleifmittel kann bei einigen spröden Materialien zu geringeren Risstiefen führen, was sich positiv auf die anschließende Ausdünnung und Politur der Wafer auswirken kann.

Diamantdraht-Mehrdraht-Sägen

Obwohl das Einzeldrahtschneiden in einigen Branchen immer noch verwendet wird, ist das Diamantdraht-Mehrdrahtsägen der aktuelle Industriestandard in der Halbleiter - und Photovoltaikindustrie, anders als die Verwendung von losem Schleifmittel in der Aufschlämmung, ist das feste Schleifmittel, das am Draht befestigt wird, Diamantpartikel, entweder durch Galvanisieren (nickelgebunden) oder durch Harzkleben. Bei diesem langen Zweikörperaufprall (abrasiv zum Werkstück) ist die Schnitteffizienz sowie der Materialabfall im Vergleich zu schlammbasiert stark verbessert Abbildung veranschaulicht, wie der feste Schleifdraht hergestellt wird Jeder Draht ist so konzipiert, dass er direkt in das Werkstück einwirkt.

Die Marktzahlen sind recht eindeutig Laut Statista werden mittlerweile mehr als 981 TP3 T des Marktanteils der Waferherstellung von monokristallinem Silizium durch die Drahtsägetechnologie bedient Die weltweite Marktgröße für Diamantdrahtsägen wird im Jahr 2024 auf $1,08 Milliarden geschätzt und soll bis 2033 einen Wert von $2,14 Milliarden erreichen, mit einer CAGR von 8,51TP3 T aufgrund des steigenden Photovoltaikzellenmarktes sowie der steigenden Nachfrage nach Siliziumkarbidsubstraten für Leistungselektronik in Elektrofahrzeugen.

Drahtdurchmesser ist ein wichtiger Parameter Gegenwärtig abgegrenzter maximaler Kerndrahtdurchmesser liegt bei 36 m, während der effektive Kerndurchmesser inklusive Diamantauflage bei etwa 50-60 m liegt, eine Kombination, die etwa 55-80 m Schnittbreiten ergibt, was nach den neu veröffentlichten PCME-Daten etwa 30 1TP3 T der Schneidrohstoffmasse einspart (Procedia Manufacturing). 3. Herkömmliche Halbleiterdrahtdurchmesser sind mit 100-350 m im Allgemeinen größer, was zu Schnittbreiten von 150-350 m führt [PMC 184 (198), (PM Material (0000) proportional).

Untertypen: Galvanisiert vs. Harzgebunden

Galvanisierter Diamantdraht: Diamantpartikel werden auf einen vernickelten Stahlkerndraht galvanisiert Diese Art von Draht ist aggressiver und schneller, da die Diamantpartikel stärker freiliegen Galvanisierter Draht wird in der Halbleiterindustrie häufig verwendet, wo ein schneller Schnitt mit gleichmäßiger Schnittfuge gewünscht wird Harzgebundener Diamantdraht: Die Diamantpartikel werden in einer Harzmatrix gebunden Es kann eine oder mehrere Schichten von Diamantbeschichtungen enthalten Harzgebundener Draht sorgt für eine langsamere, aber viel längere Drahtlebensdauer Es hat eine breitere Verwendung in der Steinverarbeitungsindustrie gesehen.

Zu den Verwendungszwecken von Diamantdraht-Mehrdrahtsägen gehören Siliziumwafer-Schneiden, SiC-Substrat-Schneiden, Saphirfensterschneiden, Quarzverarbeitung und Compound-Halbleiterwafer-Schneiden. Weitere Fortschritte werden erzielt, da das UV-unterstützte Diamantdrahtschneiden und -sägen nachweislich die Oberflächenrauheit um 4,3-29,7% bei unterschiedlichen Körnigkeiten von Kaolin im Vergleich zu herkömmlichem DWS wirksam reduziert, mit der gemeinsamen Veröffentlichung des National Institute of Health (NIH) und des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) in Micromachines (2023).

Mehrdrahtsägen zum Schneiden von Steinblöcken

Steinblock-Mehrdrahtsägen sind Hochleistungs-Industriemaschinen, die in der Lage sind, ganze Granit- und Marmorblöcke in einem einzigen Arbeitsgang in fertige Platten oder Fliesen zu schneiden. Verwendung eines Systems von Diamantperlenkabeln (jeder besteht aus einem Stahldraht, der mit diamantimprägnierten Perlen ausgestattet ist, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind) im Vergleich zu dem durch Halbleiterverarbeitung demonstrierten Feindraht mit Durchmessern von 6,3-7,3 mm. Oft läuft eine Produktionsmaschine 44 Drähte parallel, die Maschinenkonfigurationen können jedoch je nach Blockgröße und gewünschter Plattenstärke zwischen 20 und 80 variieren.

Funktionsprinzip bleibt gleich: Paralleldrähte werden in genau definierten Abständen gemeinsam durch das Werkstück bewegt Die Abmessungen sind jedoch nur in erheblich größerem Maßstab A Mehrdrahtschneidemaschine Für Granit können Blöcke mit den Maßen 3,0 1,8 1,8 Meter verarbeitet werden, wobei bei jedem Durchgang Platten gleicher Dicke von 20+ entstehen, die Vorschubgeschwindigkeit beträgt durchschnittlich etwa 60 cm/h, variiert jedoch mit der Härte des Materials: Granit benötigt langsamere Vorschubraten als Marmor (40-50 cm/h gegenüber 60-80 cm/h bzw).

Es gibt zwei Grundtypen von Rahmenstrukturen: Doppelspaltenrahmen sind häufiger und kostengünstiger, während Vierspaltenrahmen, die für härtere Materialien verwendet werden, oder eine engere Gesamtdickentoleranz für Platten über den gesamten Block angegeben werden können.

Dieser Bereich wurde schnell zu einem neuen Gebiet entwickelt: dem ultradünnen Diamantdraht Umstieg vom Perlenkabel auf 0,35 mm Diamantdraht, produziert die Linie Platten mit einer Dicke von nur 3 mm und einer Schnittfuge von lediglich 0,5 mm im Vergleich zu den 6-8 mm Schnittfugen herkömmlicher Perlenkabellinien Warum spielt das eine Rolle? Jeder Block erhält mehr fertige Platten, was die Produktionsausbeute bei Verwendung des hochwertigen Natursteins erhöht.

Der Stromverbrauch einer Mehrdraht-Steinsäge beträgt typischerweise 110 kw im Vergleich zu etwa 160 kw bei einer herkömmlichen Gangsäge gleichen Durchmessers Schnellere Aufstellung, konstante Plattenquerdicke – dann ist ein Mehrdraht zur beliebtesten Methode des Steinbruchs bis zum fertigen Produkt für große Granit- und Marmorblöcke geworden.

Endlose Schleifen-Mehrdraht-Sägen für Präzisionsmaterialien

Endlose Schleifen-Mehrdrahtsägen basieren auf einer ganz anderen Art von Drahtkonfiguration; anstatt den Draht von einer Rolle zur anderen zu wickeln, ist der Diamantdraht eine kontinuierliche Endlosschleife Dies vereinfacht die Diamantdrahtumkehr erheblich und beseitigt die Oberflächenunvollkommenheit, die durch die Drahtumkehr verursacht wird. Dies wird natürlich nur für die End-Gs mit der höchsten Oberflächenqualität von Bedeutung sein, bei denen die Konstruktion der gesamten Schnittlänge maximiert wird.

Der Durchmesser des nachbearbeiteten Endlosschleifensystems des Drahtes liegt zwischen 0,3 und 1,0 mm, wobei Diamantpartikel auf der Oberfläche galvanisiert sind. Der Draht kann mit einer linearen Drahtgeschwindigkeit von 30-80 Metern pro Sekunde betrieben werden, was einer Servospannung entspricht, die auf etwa 150-250 N gesteuert wird. Die Kerf-Breite beträgt etwa 0,35 mm, wobei die normale Drahtlebensdauer je nach Materialschnitt und Bedingungen des Kühlmittels zwischen 30-100 Stunden beträgt.

Diese werden für die fortschrittlichsten Präzisionsschneidanwendungen eingesetzt: SiC-Substrate für Leistungselektronik, Saphirfenster für optische und Abwehranwendungen, optische Glasbauelemente, piezoelektrische Keramiken, NdFeB-Seltenerdmagnete, und Verbindungshalbleiter Aufgrund ihrer kontinuierlichen, einseitigen Drahtbewegung ist die Oberflächenqualität vorhersehbar und hoch, was die Notwendigkeit einer anschließenden Nachschnitt-Lappung einiger Materialien minimiert oder verhindert.

Die Anzahl der Drähte auf dem Endlosschleifensystem ist geringer als bei ähnlichen Spulenmaschinen in der Größenordnung von 1 16 Drähten, da jede Schleife gespannt und geführt werden muss. Dadurch wird der Batch-Laufdurchsatz pro Lauf ausgeglichen Genauigkeit von TTV in der Größenordnung von 0,01 0,05 mm, weitaus enger als die meisten Spulen-Walzen-Einstellungen.

Hohe Genauigkeitsanforderungen dieser Anwendungen sind genau das Die Schleifdrahtschneidemaschinen von DONGHE Werden für Unternehmen gebaut, die auf dem Markt für Halbleiter, Optik und hochfeste Keramik genau die gleiche Oberflächenqualität auf jeder Auflage benötigen.

Vergleich mehrerer Drahtsägen: Spezifikationen, Kerf und Durchsatz

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, in der die vier Haupttypen von Drahtsägemaschinen anhand der für die Auswahl einer Maschine relevanten Spezifikationen verglichen werden: Drahtdurchmesser, Schnittbreite, erreichbare Präzision, Anzahl der Drähte, Schnittgeschwindigkeit und die Hauptmaterialien.

Aus diesem Vergleich lassen sich nur wenige Schlussfolgerungen ableiten Gülle und Diamantdraht bieten die größte Anzahl an Drähten (500 -2000+) und sind daher die Norm für die Waferherstellung mit hohem Durchsatz, bei der die Leistung pro Lauf der Blei-KPI ist. Diamantdraht passt auch mit einem engeren TTV und einer schmaleren Schnittfuge zum Gülledurchsatz und hat über 981 TP3 T des Mono-c-Silizium-Marktes durchdrungen. a€¦außer dem Produktionsvolumen ist es schwierig zu finden.

Mehrdrahtsägen für Steinblöcke arbeiten in einem völlig anderen Maßstab: weniger Draht, viel größere Schnittfuge und Auflösung, angetrieben von Hundertstel Millimetern, nicht ein paar Mikrometern. Konstante Spannsysteme zum Steinplatten überspringen bei Bedarf Hunderte von Drähten, um eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit zu liefern ’Das ist eine spezielle Nische für 10 Drähte, die einen TTV < 0,05 mm erhalten können. Letztendlich sind es die Anwendungsbeschränkungen, die bestimmen, welcher Betrieb “am besten”ist. „Es ist kein einziges Mehrdrahtsägemaschinendesign für alle Materialien, Präzisionsstufen und Auftragsgrößen geeignet.

So wählen Sie die richtige Mehrdraht-Säge für Ihre Anwendung aus

Stellen Sie bei der Entscheidung für den Kauf einer Mehrdraht-Abschaltmaschine vier Fragen. Jede hilft dabei, schnell die am besten geeignete Maschinenkonfiguration für Ihren Prozess zu finden.

Entscheidungsrahmen: 4 Fragen

Auswahl Checkliste

Für Hersteller, die mehrere Materialien schneiden oder neu bei mehreren Drähten sind, wenden Sie sich direkt an einen Maschinenbauer, der Ihnen helfen kann, zu verstehen, wie eine Maschine mit Erfahrung in der Anwendungstechnik in mehreren Anwendungen funktionieren kann.

Häufig gestellte Fragen

Was sind die verschiedenen Arten von Drahtschneidemaschinen?

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4 Kategorien von Drahtschneidemaschinen, die heute auf dem Markt sind: Eindrahtsägen (zur Herstellung alternativer Endschnitte und komplexer Profile), Mehrdrahtsägen (für das gleichzeitige Schneiden mit hohem Volumen), Endlosschleifendrahtsägen (für hochwertige Oberflächen auf anspruchsvollen Materialien) und Draht-ED-Maschinen (für elektrische Leitungsmetalle bei EDM-Arbeiten).Mehrdrahtsägen werden je nach Schneidmechanismus in drei Typen unterteilt: auf Güllebasis (freies Schleifmittel), festes Schleifmittel (Diamantdraht) und Laser, Plasma oder Wasserstrahl.

Was ist der Unterschied zwischen Gülle und Diamantdraht Mehrdrahtsägen?

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Aufschlämmungsmehrdrahtsägen verwenden blanken Stahldraht, wobei das Siliziumkarbid-Schleifmittel selbst in einem wasserbasierten Schmiermittel, Polyethylenglykol, und einer Schnittfuge von 200-250 m aufgehängt ist. DiamantdrahtsägeS Diamantpartikel anstelle von Siliziumkarbid verwenden, das mit einer Schnittfuge von nur 55-80 m auf den Draht geklebt wird Der Diamantdraht bewegt sich schneller und erzeugt weniger Abfall; die Effizienz des Schneidens liegt näher an 701TP3 T der Schnittfuge.

Anstelle von chemischer Aufschlämmung wird ein kürzeres Kühlmittel auf Wasserbasis verwendet. Das Gleiten über 981TP3 T aller Monosiliziumwafer wird mit dem Diamantdrahtverfahren geschnitten.

Wie viele Drähte verbraucht eine Mehrdrahtsägemaschine?

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Die Drahtanzahl hängt von der Maschine ab. Halbleiter-Wafersägen haben 500 oder mehr Drähte mit über 2.000 Drähten. Üblich sind Steinblockschneider, die normalerweise an 20 bis 80 Drähten gleichzeitig verwendet werden, und Präzisions-Endlosschleifensysteme können 1 bis 16 Drähte haben.

Welche Materialien kann eine Mehrdrahtsäge schneiden?

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Mehrdrahtsägen führen Schnitte an Siliziumbarren, Siliziumkarbid, Saphir, Galliumarsenid, Quarz, optischen Gläsern, piezoelektrischer Keramik, Nd Fe B, Magneten, Granit, Marmor, Travertin und Graphit durch. Was die Art des Drahtes und die Anordnungen der Maschine betrifft, so sind die Materialien, die für jedes System einfacher zu handhaben sind, unterschiedlich.

Wie dick kann eine Mehrdrahtsäge schneiden?

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Halbleiter-Mehrdrahtsägen haben die Fähigkeit, Wafer von 100 180 m zu produzieren. Die Halbleiter-Mehrdrahtsägen sind in der Lage, Steinplatten aus einer Dicke von 3 mm zu schneiden. Ultradünne Modelle, während die Standardmodelle nur 30+ mm produzieren können.

Ist eine Mehrdrahtsäge besser als eine Einzelsäge?

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Mehrere Drahtsägen sorgen für eine schnellere Schnittgeschwindigkeit, wodurch Hunderte von Wafern oder Dutzende von Steinplatten gleichzeitig geschnitten werden können, wohingegen Einzelsägen jeweils nur eine einzige Scheibe produzieren Der Vorteil von Einzelsägen besteht wiederum darin, dass komplexe 3 D-konturierte Profile, unregelmäßige Profile und bei Bedarf Prototyping für kleine Chargen möglich sind; wohingegen die Mehrdrahtsägen die übliche Option für Produktionstempo und paralleles Schneiden sind.