マルチワイヤーソーマシンの種類: 分類ガイド

マルチワイヤーソーマシンの種類: 各設計が異なる業界にどのように役立つか

マルチワイヤーソーマシンとは何ですか?

マルチワイヤーソーは、特定の間隔で複数の平行ワイヤーを使用し、平らで均一なウェーハやスラブを生成することにより、ワークピースを 1 つのステップで無数の部分にスライスするための切断装置です。.

一度に1 つのカットが必要な単一のワイヤソーツールとは対照的に、マルチワイヤソーマシンは数百、さらには数千の切断を同時に実現します 機械加工された溝を備えたワイヤガイドローラーは、スライスの厚さを支配するワイヤピッチを制御された速度でワイヤウェブにワークピースを供給します。.

その間に、マルチワイヤーソーの2 つの主要なファミリーのための2 つの別々の種類のワイヤーがあります: 無料の研磨剤、スラリーベース: 裸の鋼線。 peg (ポリエチレングリコール) に懸濁された炭化ケイ素グリットのスラリーを通して切断が起こります; andFi xed研磨剤、ダイヤモンドワイヤー: 花崗岩は、切断の原因となるワイヤーに直接結合された fi xed グリット (実際には小さいですが、合成ダイヤモンド粒子) に含まれています。.

両方の種類の刃は、切断される材料、必要な精度のレベル、生産量に応じて、独自の利点を持っています。他の種類の刃は、これら 2 つの主要なカテゴリの外で見つけることができます。たとえば、石ブロック切断の特殊なオプションや、より極端な切断技術を必要とする材料用のエンドレス ループ マシンなどです。以下では、利用可能な刃の種類のそれぞれを、機能のメカニズム、仕様、およびそれらを使用する業界によって分類します。 - 設計者と購入者が同様に、どの機械が用途に適しているかを視覚化するのに役立ちます。.

スラリーベースのマルチワイヤーソー

スラリーベースのマルチワイヤーソー(フリー研磨ワイヤーソーとも呼ばれる)は、シリコンウェーハ業界の最初の主力機械でしたこれらの機械は、ワイヤーウェブを作成するためにガイドローラーに巻き付けられた裸の鋼線(一般に直径100-160m)を使用していますワイヤー自体は切断を実行しませんが、代わりにポリエーテルケトン(PEG)中のSiC研磨粒子を含むスラリーをワイヤーウェブ上に流すことができます。.

ワイヤーが高速で移動すると、研磨粒子がワークピースの表面を引きずり回します。研磨粒子は、三体研磨プロセスを使用した材料除去プロセスの実際の作業を行います。.

歴史的に、スラリーベースのシステムは、太陽電池および半導体ウェーハ製造の市場リーダーでした 生産機械のワイヤ数は、1 台あたり1,000 から2,000 +であり、単一の300 mmシリコンインゴットは、単一の実行で数百のウェーハに切断され、比較的低いワイヤ張力 (ストランド当たり約20-30N) で溶接が発生し、ウェーハは「マット」の外観として説明できるものを持っています。.

しかしながら、スラリー系鋸のカーフ幅は、一般に、200-250 m ~ 径線代用材よりも実質的に広い範囲にある。 (英語)このことは、そのための各ウエハーが、元の原料からより多くの量のおがくずを生成するので重要である。 (英語) International Journal of Advanced Manufacturing TechnologyのBlanchらは、シリコンインゴットを200+ mのウエハーに鋸で切ると、元のシリコンインゴットの40-50 %がおがくずになることを発見した。.

今日の時点で、スラリーベースのマルチワイヤーソーは、単結晶シリコン製造においてダイヤモンドワイヤーシステムにほぼ完全に置き換えられています。ただし、それらは依然として一部の多結晶シリコン用途や、スラリー中の緩い研磨剤による柔らかい 3 つのボディの摩耗により、表面下の損傷が少なくなり、ダイヤモンドに直接衝突する鋸引き材料に使用されています。緩い研磨剤の研削/ラッピング作用により、一部の脆性材料に亀裂深さが低くなる可能性があり、これはその後のウェーハの薄化や研磨に有益となる可能性があります。.

ダイヤモンド ワイヤー マルチ ワイヤー のこぎり

一部の業界では依然として単線切断が使用されていますが、半導体および太陽光発電業界では、ダイヤモンド ワイヤ マルチ ワイヤ ソーイングが現在の業界標準となっています。スラリーに緩い研磨剤を使用するのとは異なり、ワイヤーに取り付けられる固体研磨剤は、電気めっき (ニッケル結合) または樹脂結合のいずれかによってダイヤモンド粒子になります。この長い 2 つのボディ衝撃 (研磨剤からワークピースへ) により、スラリーベースと比較して切断効率だけでなく材料の無駄も大幅に向上します。図は、固体研磨剤ワイヤーがどのように作られるかを示しています。各ワイヤーはワークピースに直接衝撃を与えるように設計されています。.

市場数はかなり明確です。 statista によると、単結晶シリコンのウェーハ製造市場シェアの 98% 以上がワイヤーソーイング技術によって提供されています。世界のダイヤモンドワイヤーソーイング市場規模は、2024 年に $10 億 8,000 万と評価され、太陽光発電セル市場の台頭と電気自動車のパワーエレクトロニクス用炭化ケイ素基板の需要の増加により、2033 年までに $21 億 4,000 万の CAGR に達すると予想されています。.

ワイヤ径は重要なパラメータです。 現在の区切られた最大コア線径は36 mであるのに対し、ダイヤモンドオーバーレイを含む有効コア径は50-60 m程度であり、この組み合わせによりカーフ幅は55-80 m程度となり、新たに公表されたPCMEデータによると、約30 %のカッティング原料質量を節約できます (Procedia Manufacturing)。 3.従来の半導体ワイヤ径は100-350 mと一般に大きく、その結果カーフ幅は150-350 mになります [PMC 184 (198), 201].節約は比例的に比例します。 (ポリマーマテリアル&コンポジットエンジニアリング (PMC), Volume 107, 2006)

サブタイプ: 電気メッキと樹脂結合

電気メッキダイヤモンドワイヤ: ダイヤモンド粒子はニッケルメッキ鋼コアワイヤに電気メッキ このタイプのワイヤは、ダイヤモンド粒子がより露出したため、より積極的で高速です 電気メッキワイヤは、均一なカーフによる高速カットが望まれる半導体産業で広く使用されています 樹脂結合ダイヤモンドワイヤ: ダイヤモンド粒子は、樹脂マトリックス中に結合されています ダイヤモンドコーティングの1 層以上を含む場合があります 樹脂結合ワイヤは、より遅いがより長いワイヤ寿命を提供します 石材加工産業で広く使用されています。.

ダイヤモンドワイヤーマルチワイヤーソーの使用には、シリコンウェーハスライシング、sic基板スライシング、サファイアウィンドウ切断、石英加工、化合物半導体ウェーハスライシングが含まれます。 UVアシストダイヤモンドワイヤー切断とソーイングは、従来のDWSと比較して、さまざまな粒度のカオリンの表面粗さを4.3-29.7%効果的に低減することが証明され、共同出版物は国立衛生研究所(NIH)とパシフィックノースウェスト国立研究所(PNNL)によってマイクロマシン(2023)で提供されました。.

石ブロック切断用のマルチワイヤーソー

ストーンブロックマルチワイヤーソーは、花崗岩と大理石のブロック全体を1 回の操作で完成したスラブまたはタイルに切断することができる頑丈な産業用機械です。 (それぞれ、一定の間隔で配置されたダイヤモンド含浸ビーズを装備した鋼線で構成されています)ダイヤモンドビーズケーブルのシステムを使用して、直径6.3-7.3 mmの半導体加工によって実証された細線ダイヤモンドワイヤーと比較して、多くの場合、生産機械は44 本のワイヤーを並列に実行しますが、機械構成はブロックのサイズと所望のスラブの厚さに応じて20 から80 まで変化します。.

動作原理は同じままです: 平行線はワークピースを一緒に移動する正確に定義された距離にあります ただし、寸法はかなり大きなスケールだけです A マルチワイヤー切断機 花崗岩の場合、3.0 1.8 1.8 メートルのブロックを処理でき、各パスで同じ厚さの 20+ スラブを生成します。送り速度は平均約 60 cm/hr ですが、材料の硬度によって異なります。花崗岩は大理石よりも遅い送り速度を必要とします (それぞれ 40-50 cm/hr 対 60-80 cm/hr)。.

フレーム構造には 2 つの基本的なタイプがあります。2 列フレームはより一般的で安価ですが、ブロック全体にわたるスラブのより硬い材料やより厳しい全体の厚さの許容差に使用される 4 列フレームは指定できます。.

この領域は急速に新しい分野、超薄型ダイヤモンド ワイヤに発展しました。ビード ケーブルから 0.35 mm ダイヤモンド ワイヤに切り替えると、このラインは従来のビード ケーブル ラインの 6-8 mm カーフと比較して、厚さ 3 mm もの低さとカーフ 0.5 mm だけのスラブを生成します。なぜこれが問題になるのでしょうか?各ブロックは、高価値の天然石を使用すると、生産収量が増加する完成スラブを獲得します。.

マルチワイヤーストーンソーの消費電力は、通常、同じ直径の従来のギャングソーの約160 キロワットと比較して110 キロワットです。 、より速いセットアップ、一定のスラブクロス厚さ - それからマルチワイヤーは、花崗岩と大理石の大きなブロックのための完成品への採石場の最も人気のある方法になりました。.

精密材料のためのエンドレス ループ多ワイヤー鋸

無限ループマルチワイヤソーは、非常に異なるタイプのワイヤ構成に基づいています; ワイヤをあるリールから別のリールに巻き付けるのではなく、ダイヤモンドワイヤは連続した無限のループです これにより、ダイヤモンドワイヤの反転が劇的に簡素化され、ワイヤの反転によって引き起こされる表面の不完全性が解消されます これはもちろん、完全な切断長さの構造が最大になる最高の表面品質のエンド-gsにのみ重要です。.

ワイヤーの後処理された無限のループ システムの直径は表面で電気めっきされるダイヤモンドの粒子との0.3 から1.0 mmの間です。 wireは約150-250 Nで制御されるサーボ張力である線線速度毎秒30-80 メートルで作動できます。 kerfの幅は約0.35 mmで30-100 時間のどこからでも続く正常なワイヤー生命材料切口および冷却剤の条件によって続きます。.

これらは、パワーエレクトロニクス用のSiC基板、光学および防衛用途用のサファイア窓、光学ガラス部品、圧電セラミック、NdFeB希土類磁石、化合物半導体などの最先端の精密切断用途に使用されています。連続した一方向ワイヤー動作により、表面品質は予測可能かつ高く、一部の材料でのその後のポストカットラッピングの必要性を最小限に抑えるか、防止します。.

エンドレス ループ システムのワイヤ数は、リール マシンと同様のリールよりも少なく、各ループに張力を加えてガイドする必要があるため、1 ～ 16 ワイヤ程度です。これにより、ランあたりのバッチ ラン スループットのバランスが保たれ、精度が向上します。 TTV のオーダーは 0.01 ～ 0.05 mm で、ほとんどのリール間セットアップよりもはるかにきつくなります。.

これらのアプリケーションの高精度要件はまさにそのとおりです DONGHEのループ ワイヤー切断機械 半導体、光学、高強度セラミック市場をターゲットに、あらゆる工程でまったく同じ表面品質を要求する企業向けに構築されています。.

マルチワイヤーソーの比較: スペック、カーフ、スループット

以下は、ワイヤー直径、カーフ幅、達成可能な精度、ワイヤーの数、切断速度、主要材料という、機械の選択に関連する仕様に関する 4 つの主要なタイプのワイヤーソー機械を比較した表です。.

この比較から導き出される結論はほとんどありません。 スラリーとダイヤモンド ワイヤは、ワイヤの最大数 (500 -2000+) を提供するため、実行あたりの出力がリード KPI である高スループット ウェーハ製造の標準です。ダイヤモンド ワイヤは、よりタイトな TTV、より狭いカーフでもスラリー スループットに匹敵するか、それを上回り、生産量以外ではモノ-c-シリコン市場の 98% を超えて浸透しています。見つけるのは難しいです。.

石ブロック用のマルチワイヤソーは、まったく異なるスケールで動作します: より少ないワイヤ、はるかに大きなカーフ、およびカップルミクロンではなく、ミリメートルの百分の1 によって駆動される解像度。 石スラブ用の定張力システムは、一貫した表面仕上げを実現するために、必要に応じて数百本のワイヤをスキップします ーこれは、TTV< 0.05 mmを取得できる10 のワイヤの特殊なニッチです。 ー最終的には、どの操作が「最適」であるかを決定するアプリケーションの制約です ー単一のマルチワイヤソーマシン設計は、すべての材料、精度レベル、および注文サイズに適しています。.

アプリケーションに適したマルチワイヤーソーを選択する方法

マルチワイヤーカットオフマシンを購入する決定を下す際には、4 つの質問をしてください。それぞれが、プロセスに最適なマシン構成を迅速に見つけるのに役立ちます。.

意思決定の枠組み: 4 つの質問

選択 チェックリスト

複数の材料を切断するメーカーや、複数のワイヤを初めて使用するメーカーの場合は、アプリケーション エンジニアリングの経験に基づいて、複数のアプリケーションで機械がどのように動作するかを理解するのに役立つ機械ビルダーに直接アクセスしてください。.

よくある質問frequently Asked Questions

ワイヤー切断機のさまざまな種類は何ですか?

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今日の市場のワイヤー切断機の4 つのカテゴリ: シングルワイヤーソー (代替最終カットと複雑なプロファイルの製造に使用) 、 マルチワイヤーソー (大容量同時スライシング用) 、 エンドレスループワイヤーソー (要求の厳しい材料の高品質表面用) 、 ワイヤーEDマシン (EDM作業における電気伝導金属用) マルチワイヤーソーは、切断機構に応じて、スラリーベース (自由研磨材) 、 固定研磨材 (ダイヤモンドワイヤー) 、 レーザー、プラズマまたはウォータージェットの3 種類に分割されます。.

スラリーとダイヤモンドワイヤーマルチワイヤーソーの違いは何ですか?

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スラリーマルチワイヤーソーは、炭化ケイ素研磨剤自体を水性潤滑剤、ポリエチレングリコール、および200-250mの縁石に懸濁した裸鋼線を使用します。. ダイヤモンドワイヤーソーsはちょうど55-80 mの縁石でワイヤーに接着される炭化ケイ素ではなくダイヤモンド粒子を使用します。ダイヤモンド ワイヤーはより速く動き、より少ない無駄を生み出します; 切断の効率は縁石の70%に近くなります。.

化学スラリーの代わりに、より短い水ベースの冷却剤が使用されます。 98% のすべてのモノシリコン ウェーハをスライドさせると、ダイヤモンド ワイヤー プロセスで切断されます。.

マルチワイヤーソーマシンは何本のワイヤーを使用しますか?

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ワイヤー数は機械の種類によって異なります。半導体ウェーハソーには 500 本以上のワイヤーがあり、2,000 本を超えるのが一般的で、ストーンブロックカッターは通常一度に 20 ～ 80 本のワイヤーで使用され、高精度エンドレスループシステムには 1 ～ 16 本のワイヤーを使用できます。.

マルチワイヤーソーはどのような材料を切断できますか?

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マルチワイヤーソーは、シリコンインゴット、炭化ケイ素、サファイア、ガリウムヒ素、石英、光学ガラス、圧電セラミック、Nd Fe B、磁石、花崗岩、大理石、トラバーチン、グラファイトに切断を実行します。ワイヤーの種類や機械の配置に関しては、システムごとに取り扱いやすい材料が異なります。.

マルチワイヤーソーはどのくらいの厚さを切ることができますか?

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半導体マルチワイヤソーは100 180 mのウェーハを製造する能力を持っています。半導体マルチワイヤソーは、厚さ3 mmの超薄型モデルから石のスラブを切断することができますが、標準モデルは30 + mmしか製造できません。.

マルチワイヤーソーはシングルワイヤーソーよりも優れていますか?

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複数のワイヤソーは、より速いスライスレートを提供し、同時にスライスされる数百のウエハーまたは数十の石のスラブを可能にしますが、単一のワイヤソーは一度に単一のスライスを生成するだけで、もう一度単一のワイヤソーの利点は、複雑な3D輪郭プロファイル、不規則なプロファイルおよび必要に応じて小さなバッチプロトタイピングを可能にすることにあります; 一方、マルチワイヤソーは、生産ペース、並列スライスのための通常のオプションです。.