多線鋸機的類型:分類指南

多線鋸機類型:每種設計如何服務不同的行業

什麼是多線鋸機?

多線鋸是一種切割設備,透過以特定的間隔使用多根平行線,產生扁平甚至均勻的晶圓或板,一步將工件切成無數塊。.

與一次一次切割的單線鋸工具相比,多線鋸機同時實現數百甚至數千次切割。具有加工凹槽的導絲輥建立了控制切片厚度的導絲螺距。工件以受控速率送入線網。.

在這兩者之間,有兩種不同種類的線材用於多線鋸的兩個主要系列:無磨料、漿料:裸鋼絲。切割是透過懸浮在 PEG(聚乙二醇)中的碳化矽砂漿進行的;和Fi×磨料、鑽石線:花崗岩位於直接黏合到線材上的Fi×磨料中(儘管它實際上是微小的合成鑽石顆粒),而線材負責切割。.

這兩種類型的刀片都有其獨特的優點,具體取決於切割材料、所需的精度水平和生產量。在這兩個主要類別之外還可以找到其他類型的刀片,例如石塊切割的專門選項,以及需要更極端切割技術的材料的環形循環機。下面,我們根據功能機制、規格和使用它們的行業對每種類型的刀片進行了細分,以幫助設計師和買家想像哪種機器適合該應用。.

基於漿料的多線鋸

漿料多線鋸(也稱為自由磨料線鋸)是矽片行業的第一台主力機器。這些機器採用裸鋼絲(直徑通常為 100-160 m),纏繞在導輥上以形成線網。線本身不進行任何切割,而是允許含有聚醚酮 (PEG) 中的 SiC 磨料顆粒的漿料流到線網上。.

當電線高速行進時,它會拖曳磨料顆粒穿過工件表面。然後,磨料顆粒使用三體磨損製程完成材料去除製程的實際工作。.

從歷史上看,基於漿料的系統一直是太陽能電池和半導體晶圓生產的市場領導者。生產機器的電線數量在每台機器 1,000 至 2,000 多根之間,單次運行即可將一根 300 毫米矽錠切割成數百個晶圓。焊接發生在相對較低的線張力(每股約 20-30N)下,晶圓具有所謂的「遮罩」外觀。.

然而,漿料鋸的切口寬度通常在 200-250 m 範圍內,並且比直徑線替代品寬得多。這很重要,因為每個晶圓都會從原始原料中產生更大量的鋸末。布蘭奇等人。 《國際先進製造技術雜誌》發現,當矽錠鋸成 200+ m 晶圓時,40-50 % 的原始矽錠會變成鋸末。.

截至今天,在單晶矽製造中,基於漿料的多線鋸幾乎完全被鑽石線系統所取代。然而,它們仍然用於一些多晶矽應用和鋸切材料,其中漿料中鬆散磨料的較軟的三體磨損對地下造成的損害比直接鑽石衝擊要小。鬆散磨料的研磨/研磨作用可能會在一些脆性材料中產生較低的裂紋深度,這可能有利於隨後的晶圓變薄和拋光。.

鑽石線多線鋸

儘管單線切割在某些行業中仍然使用,但鑽石線多線鋸切是半導體和光伏行業當前的行業標準。與在漿料中使用鬆散磨料不同,附著在線材上的固體磨料是鑽石顆粒,無論是透過電鍍(鎳粘合)還是透過樹脂粘合。透過這種長的雙體衝擊(磨料與工件),與漿料相比,切割效率以及材料浪費都大大提高。圖說明了固體磨料線的製造方式。每根電線都設計為直接撞擊工件。.

市場數據非常清楚。根據 Statista 的數據,單晶矽晶圓製造市場份額中超過 98% 現在由線鋸技術提供服務。全球鑽石線鋸市場規模到2024年將達到$10.8億,預計到2033年將達到$21.4億,由於光伏電池市場的不斷增長以及對電力電子用碳化矽基板的需求增加,複合年增長率為8.5%電動車。.

線徑是一個重要參數。目前劃定的最大芯線直徑為 36 m,而包括鑽石覆蓋層在內的有效芯直徑約為 50-60 m,這種組合導致切口寬度約為 55-80 m,根據新發布的 PCME 數據,節省了約30 % 的切割原料品質(Procedia Manufacturing)。 3。 傳統的半導體線直徑通常較大,為 100-350 m,導致切口寬度為 150-350 m [PMC 184 (198), 201]。節省是成比例的。 (聚合物材料與複合材料工程 (PMC),第 107 卷,2006 年)

子類型:電鍍與樹脂黏合

電鍍鑽石線:將鑽石顆粒電鍍到鍍鎳鋼芯線上。這種類型的電線更具侵略性且速度更快,因為鑽石顆粒暴露得更多。電鍍線廣泛應用於半導體產業,需要快速切割均勻的切口。樹脂黏合鑽石線:鑽石顆粒黏合在樹脂基體中。它可能包含一層或多層鑽石塗層。樹脂黏合線提供了較慢但更長的線壽命。它在石材加工業中得到了更廣泛的應用。.

鑽石線多線鋸的用途包括矽晶圓切片、SiC基板切片、藍寶石窗切割、石英加工和化合物半導體晶圓切片。與美國國立衛生研究院(NIH) 和太平洋西北國家聯合出版物聯合發表,事實證明,與傳統DWS 相比,紫外線輔助鑽石線切割和鋸切可以有效降低不同粒度的高嶺土表面粗糙度4.3-29.7%,因此正在取得更多進展實驗室(PNNL)在微型機器中(2023)。.

用於石塊切割的多線鋸

石塊多線鋸是重型工業機器,能夠在一次操作中將整塊花崗岩和大理石切割成成品板或瓷磚。與半導體加工證明的直徑為 6.3-7.3 毫米的細線鑽石線相比,使用鑽石珠電纜系統(每根都包括一根配備有規則間隔的鑽石浸漬珠的鋼絲)。通常,生產機器並行運行 44 根電線,但機器配置可能從 20 到 80 根不等,具體取決於塊尺寸和所需的板厚度。.

工作原理保持不變:平行線以精確定義的距離一起穿過工件。然而,尺寸只是相當大。 A 多線切割機 對於花崗岩可以加工尺寸為 3.0 × 1.8 × 1.8 公尺的塊體,每次生產 20 多個厚度相等的板。平均進給速率約為 60 公分/小時,但會隨材料的硬度而變化:花崗岩所需的進給速率比大理石慢(分別為 40-50 公分/小時和 60-80 公分/小時)。.

框架結構有兩種基本類型:雙柱框架更常見且更便宜,而四柱框架可用於更硬的材料或整個塊上板材的更嚴格的總厚度公差。.

該領域已迅速發展成為一個新領域:超細鑽石線。從珠纜切換到 0.35 毫米鑽石線,與傳統珠纜線的 6-8 毫米切口相比,該線路生產的板厚度低至 3 毫米,切口僅 0.5 毫米。為什麼這很重要?每個區塊都會獲得更多的成品板,從而在使用高價值天然石材時提高產量。.

多線石鋸的功耗通常為 110 kw,而相同直徑的傳統鋼鋸的功耗約為 160 kw。安裝速度更快、板材交叉厚度恆定,多線已成為大塊花崗岩和大理石成品最受歡迎的採石方法。.

無盡循環多線鋸,適用於精密材料

無盡環多線鋸基於一種非常不同類型的線配置;鑽石線不是將電線從一個捲軸纏繞到另一個捲軸,而是一個連續的環形線圈。這極大地簡化了鑽石線的反轉並消除了由線反轉引起的表面缺陷。當然,這只對最高表面品質的端部很重要,其中整個切割長度的構造最大化。.

經過後處理的環形系統線徑在 0.3 至 1.0 毫米之間,表面電鍍鑽石顆粒。電線可以以每秒 30-80 公尺的線性線速度運行,伺服張緊控制在約 150-250 N。切口寬度約為 0.35 毫米,正常電線壽命持續 30-100 小時,具體取決於材料切割和冷卻劑的條件。.

這些用於最先進的精密切割應用:用於電力電子的 SiC 基板、用於光學和國防應用的藍寶石窗、光學玻璃組件、壓電陶瓷、NdFeB 稀土磁鐵和化合物半導體。由於其連續的單向線運動,表面品質是可預測且高的,這最大限度地減少或防止了對某些材料進行後續後切研磨的需要。.

無盡循環系統上的電線數量少於類似的捲軸機器 1 × 16 根電線,因為需要張緊和引導每個循環,這平衡了每次運行的批量運行吞吐量,其中TTV 的精度約為0。 01 × 0.05 毫米,比大多數捲軸到捲軸設定要緊得多。.

這些應用的高精度要求正是如此 東和的環形線切割機 面向半導體、光學和高強度陶瓷市場,專為每次運行都需要完全相同表面品質的公司而打造。.

多線鋸比較:規格、切口和吞吐量

下表比較了四種主要類型的鋼絲鋸機與選擇機器相關的規格:鋼絲直徑、切口寬度、可實現的精度、鋼絲數量、切割速度和主要材料。.

從這種比較中得出的結論很少。漿料和鑽石線提供了最多的線材數量(500 -2000+),因此是高通量晶圓製造的標準,其中每次運行的輸出是領先的 KPI。鑽石線還通過更緊密的 TTV、更窄的切口匹配或超過漿料吞吐量,並且已經滲透到單立方矽市場的 98% 以上,除了產量之外,很難找到。.

用於石塊的多線鋸的工作規模完全不同:更少的線、更大的切口和由百分之一毫米而不是幾微米驅動的分辨率。如有必要,用於石板的恆定張力系統可跳過數百根線,以提供一致的表面光潔度。這是 10 根線的專門利基市場,可以獲得 < 0.05 毫米的 TTV。最後,應用限制決定了哪種操作是「最佳」的,因為沒有一種多線鋸機設計適用於所有材料、精度等級和訂單尺寸。.

如何為您的應用程式選擇合適的多線鋸

在決定購買多線切斷機時,請問四個問題。每一種都有助於快速找到最適合您流程的機器配置。.

決策架構:4 個問題

選擇清單

對於切割多種材料或剛接觸多線的製造商,請直接諮詢機器製造商,該製造商可以幫助您了解機器如何在具有應用工程經驗的多個應用程式中工作。.

常見問題

有哪些不同類型的線切割機?

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當今市場上的4 類線切割機:單線鋸(用於生產替代的最終切割和複雜的型材)、多線鋸(用於大批量同時切片)、環形線鋸(用於要求嚴格的材料上的高品質表面)和線材 ED 機器(用於 EDM 工作中的導電金屬)。根據切割機制,多線鋸分為三種:漿料(遊離磨料)、固定磨料(鑽石線)以及雷射、等離子或水刀。.

漿料鋸和鑽石線多線鋸有什麼不同?

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漿料多線鋸使用裸鋼絲,碳化矽磨料本身懸浮在水性潤滑劑、聚乙二醇和 200-250 m 的切口中。. 鑽石絲鋸s 使用鑽石顆粒,而不是碳化矽,黏在角膜厚度僅為 55-80 m 的電線上。鑽石線移動速度更快,產生的浪費更少;切口的切割效率接近 70%。.

使用較短的水基冷卻劑代替化學漿料。所有單矽晶圓在 98% 上滑動均採用鑽石絲製程切割。.

多線鋸機使用多少根線?

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電線數量取決於機器類型 半導體晶圓鋸有 500 根或更多電線,超過 2,000 根是常見的,石塊切割機通常一次用於 20 至 80 根電線,精密環形系統可以有 1 至 16 根電線。.

多線鋸可以切割哪些材料?

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多線鋸對矽錠、碳化矽、藍寶石、砷化鎵、石英、光學玻璃、壓電陶瓷、Nd Fe B、磁鐵、花崗岩、大理石、石灰華和石墨進行切割。至於電線的類型和機器的佈置,每個系統更容易處理的材料會有所不同。.

多線鋸可以切割多厚?

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半導體多線鋸能夠生產100×180m的晶圓。半導體多線鋸能夠從3毫米超薄型號的厚度切割石板,而標準型號只能生產30毫米以上的石板。.

多線鋸比單線鋸好嗎?

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多線鋸提供更快的切片速度,允許同時切片數百個晶圓或數十塊石板,而單線鋸一次僅生產單片。單線鋸的優點再次在於允許複雜的 3D 輪廓輪廓、不規則輪廓和小批量原型製作(如果需要);而多線鋸是生產速度、平行切片的常用選擇。.