金剛石內圓刀片的知識點

金剛石內(nei) 圓刀片是在0. 10～ 0. 15mm厚的基體(ti) 支撐下,形成0.20～ 0.32 mm厚的金剛石切割刃口,將切割損耗降低在0.33mm以下;而且這種刀片的厚度幾乎不受其直徑的影響。也就是說,不增加切割損耗,就可以加工更大直徑的晶體(ti) ,這個(ge) 優(you) 點是外圓切割刀片無法達到的。世界上第一片金剛石內(nei) 圓刀片的外徑為(wei) 206 mm,最大切割晶體(ti) 尺寸隻有38 mm。圓形刀片製造商和設備製造商以及晶體(ti) 加工商們(men) 經過近半個(ge) 世紀的不斷努力,使刀片製作技術和使用工藝日趨完善,如今可以製作出外徑860 mm最大切割晶體(ti) 尺寸200 mm的金剛石內(nei) 圓刀片。

圓形刀片

基體(ti)

用如此薄的刀片切割,關(guan) 鍵是沿外圓周加張力。圓形刀片的金屬基體(ti) 是在夾緊狀態下張緊。這種張緊為(wei) 刀片提供了必須的剛度,以保證處於(yu) 內(nei) 圓的刀口在切割時不搖擺、不抖動。金剛石內(nei) 圓刀片的基體(ti) 須經得起高張力而不被撕裂,同時要求引起的應力沿著整體(ti) 結構均勻分布。

基體(ti) 材料的選擇也經曆了數次波折,最初使用過磷青銅、不鏽鋼網,因當時這些材料軋製時比鋼更易於(yu) 保證公差。但由於(yu) 這些材料的物理強度相對較低,長時間張緊和高速旋轉,會(hui) 因發熱而失去張力,引起一係列切片質量問題。後來,冷軋不鏽鋼的厚度和精密公差得以解決(jue) ,便成為(wei) 刀片的標準基體(ti) 。最佳的基體(ti) 材料是強度大於(yu) 137.2931MPa的不鏽鋼,有著精確的厚度、張力和延伸率,標準的延伸率應小於(yu) 5%。

粘結劑

金剛石微粒用粘結材料粘結在刀片的內(nei) 圓上,形成一層包裹層,微粒就嵌入在內(nei) 。包裹層比金剛石軟,在切割過程中起到緩衝(chong) 撞擊力的作用,同時還要有一定的韌性,能讓金剛石自我調整方向而不脫落,這樣對工件就可以持續暴露新的切割刃口。

製作金剛石內(nei) 圓片刀一般有四種粘結方式:樹脂性、搪瓷、熱壓、電鍍,其中隻有電鍍法適用於(yu) 製作金剛石內(nei) 圓刀片。樹脂受熱會(hui) 變軟,搪瓷和熱壓在切割硬材料顯得太脆。電鍍粘結材料采用金屬鎳。鎳有許多優(you) 點,在精心的控製條件下其機械性能可以按照要求改變。現代電鍍處理技術已經解決(jue) 了不鏽鋼上鍍鎳結合力不良的問題。

通常,切割材料越硬,包裹層也越硬,但是,如果金剛石微粒包的太堅固,在切割撞擊力下就會(hui) 粉碎,從(cong) 而降低刀片的壽命。從(cong) 另一方麵講,金剛石必須要包的足夠緊,以防從(cong) 包裹層中脫落。鍍層硬了,切割時,金剛石表麵打滑,產(chan) 生的熱量大,散發熱困難。硬度低的鍍層散熱特性好。

金剛石微粒

用於(yu) 製作內(nei) 圓刀片的金剛石有:天然、人造和混合金剛石。金剛石的型號和粒度適合被切割的材料時就會(hui) 得到最佳切割效果。通常,天然金剛石最適於(yu) 切割矽,這是因為(wei) 天然的有著不規則的鋒利晶體(ti) 形狀,並具有良好的高溫強度和自由切削特性,切割時有極少的微粉和碎裂物。

金剛石的粗細也是需要考慮的一個(ge) 因素。一般情況下,粗的和中型的砂礫更好些。太細的砂礫緊密地合並在一起影響切屑的排除和冷卻。在最佳切割速度下,切割矽、鐵氧體(ti) 和類似的其它材料時,最好使用微粒範圍在270～325目。

金剛石濃度也是內(nei) 圓刀片的一個(ge) 重要參數,金剛石太少將意味著切割慢和刀片壽命短,太多的金剛石又會(hui) 降低鍍層的強度,也會(hui) 降低刀片的壽命。

內(nei) 圓刀片的使用

刀片的正確安裝和使用,是確保刀片長壽命的一個(ge) 非常重要因素。內(nei) 圓刀片必須在安裝同心下精確地磨損。金剛石內(nei) 圓刀片其刃口最多有0.25 mm的金剛石延伸層,可靠的說法是0.10～0.20 mm。因此,如果磨損量超過0.1 mm,刀片的壽命就會(hui) 急劇下降。

由於(yu) 金剛石的沉積會(hui) 有近0.08 mm的誤差,也就是說刃口對於(yu) 刀片並不完全同心,因此,僅(jin) 靠刀環上的定位銷來定刀片中心是不可靠的,應該用顯微對刀裝置把刀調到同心。刀片對心和壓緊後要張緊。張緊方式有兩(liang) 種,即液壓張緊和機械張緊。

液壓張緊是通過液壓油作用在張力環上,將壓力均勻地施加在刀體(ti) 圓周上達到張緊刀片的目的。它具有簡單、快速、力量準確的特點。但是由於(yu) 刀體(ti) 一般都采用單向軋製鋼帶,不可避免地存在應力分布不均。液壓張緊的壓力是均勻分布各向相等,所以無法消除這些應力,而機械張緊卻能克服這個(ge) 缺點,它用一個(ge) 個(ge) 分立的螺釘作用在張力環上,通過人工調整來達到刀片的應力各向分布均勻。機械張緊比起液壓張緊需要更高的操作技能,花費更多的時間,但卻是可靠的,所以現在的設備多采用機械式張緊。其方法為(wei) 通過測量刀片內(nei) 徑的擴張量來檢驗,擴張量應為(wei) 內(nei) 徑的0.5%～0.8%。

確定刀片張力恰當後,還應測量一下刀片的應變量。沿著離刃口3 mm的圓環施加一個(ge) 100 g的力,用刻度表(千分表)顯示這一點的應變量應該在0.025 mm,如圖1。在運轉動態條件下,基體(ti) 材料會(hui) 因摩擦和發熱降低應力,造成張力鬆弛,所以建議和實行在機器上再張緊。

修刀

盡管有些內(nei) 圓刀片是以開刃狀態供貨,但在初始操作時仍需進行修刀。由於(yu) 金剛石鍍層難以避免地存在一定偏差,甚至還有些凸點,所以新刀要用一個(ge) 特殊的裝置來將刃口調準。這種裝置通過調整旋轉的修刀砂輪與(yu) 旋轉刃口的微米級接觸,來修掉刃口凸點達到刃口完全同心,如圖2。

此方法是將金剛石刃口修同心,而不是打開鍍層。再進一步的修刀是用刀片直接切油石。他有三個(ge) 作用;將內(nei) 圓的每個(ge) 邊倒圓;調準刃口側(ce) 麵;磨開鍍層暴露出金剛石微粒。一般情況下用150號的油石倒圓刃口,用320號油石調準側(ce) 麵和磨開鍍層。修刀油石建議用剛玉(三氧化二鋁),最好不用碳化矽。修刀後,操作工必須檢驗第一刀切出來的片子質量,如果斜度尚好,也沒有裂紋,修刀就合適;如果不是這種情況,要通過切下的片子質量情況判斷刀片修的不合理處。圖3給出片子質量情況與(yu) 修刀結果的關(guan) 係。

圖中a是一片未修過的新刀;b是合理地修刀結果;c中隻在切割刃口和晶體(ti) 一麵修的是合理的,切割片子一麵的鍍層沒有磨開未暴露出金剛石微粒,冷卻液不能進入這個(ge) 切割麵,切下的片子在這個(ge) 麵就會(hui) 出現熱裂紋;d和c表示的是相同的結果,隻是在另一麵,熱裂紋將會(hui) 出現在晶體(ti) 這麵;e和f所示的是沒修好刀導致的片子斜度,e所示的那樣將導致片子向晶體(ti) 方向斜,而f所示的將遠離晶體(ti) 方向斜。出現圖3c- f中所示的情況是由於(yu) 刀頭中心線兩(liang) 側(ce) 的刃口鋒利程度不一致所造成的,這就要通過使用油石手工(沿45方向)修磨來消除,方法如圖4所示。

為(wei) 了清除掉刃口上積累的粘結材料,需要間斷性修刀。這要視具體(ti) 情況而定,如果切割速度上不去,切出的片子有質量問題,就要以切割速度切割2～3刀油石。

值得一提的是油石修完刀後,第一刀所切出的片子表麵光潔度可能會(hui) 差些,這是由於(yu) 油石劃傷(shang) 刃口側(ce) 麵的鎳層所致,一般切2～3刀晶體(ti) 後此現象自然消失。

結論

金剛石內(nei) 圓刀片是應半導體(ti) 工業(ye) 的特殊需要而發展起來的。在近半個(ge) 世紀內(nei) ,對這種重要工具的設計改進、生產(chan) 和使用技術的提高,對半導體(ti) 工業(ye) 生產(chan) 的發展產(chan) 生了重要的影響。人們(men) 應該認識到內(nei) 圓切割是刀片及其操作者同等重要這一事實