数控多线切割技术及发展趋势(2)

数控多线切割技术及发展趋势

专题报道

电子工业专用设备

ＥｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰｒｏｄｕｃｔｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ

ＥＰＥ

Ｃｉｒｃｕｉｔ集成电路）正向着ＶＬＳＩ（ＶｅｒｙＬａｒｇｅ－ＳｃａｌｅＩｎ－ｔｅｇｒａｔｉｏｎ超大规模集成电路）／ＵＬＳＩ（ＵｌｔｒａＬａｒｇｅ－ＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）方向发展，对半导体加工设备的精度、效率、加工件的几何规格及切片的厚度、平行度、表面微观质量等主要指标均提出了更高的要求。同时，随着国际上硅原材料价格不断上涨，减少加工时的损耗就是降低了加工成本，因此，对加工损耗也提出了更高的要求。

ＩＣ的加工过程一般包括：（１）硅棒磨圆；（２）切边；（３）切片；（４）倒角；（５）研磨；（６）倒棱；（７）抛光；（８）清洗［２］。其中切片加工工序是至关重要的一道工序，其主要工艺要求为：高效率、低成本、窄切缝（材料利用率高）、无损伤、无环境污染等［３］，切片质量直接影响着ＩＣ的加工质量和成品率。传统的硅片切片方式是内圆切割，工件与刀具之间为刚性接触，机床的运动精度、刀具的几何精度以及工艺过程中产生的力、热、振动等，都影响切片质量，采用内圆切割工艺切割的硅片会产生较大的翘曲变形，硅片表面还会残留切痕和微裂纹［４］，硅片内部损伤层较深，在研磨过程中很难消除，增大了碎片的可能性［５］。多线切割方式已经取代了内圆切割方式成为硅片加工方式的主流，这种切割方式利用金属线的单向或者往复高速运动，把磨料带入加工区域进行研磨切割，将半导体材料一次同时切割成数百片薄片。多线切割方式具有加工精度高、切割效率高、节约原材料［６］等优点。

随着多线切割技术的成熟和不断发展，其高精度、高效率、低损耗的优点使其应用范围从单纯的半导体单晶硅加工扩大到太阳能多晶硅、石英晶体［７］、宝石、玻璃、及压电陶瓷加工行业。

由于技术垄断，国际市场也被这几家公司所垄断，我国半导体制造业起步较晚，数控多线切割机床市场完全被上述几家公司所垄断，如瑞士ＭｅｙｅｒＢｕｒｇｅｒ公司和日本Ｔａｋａｔｏｒｉ公司，基本上垄断了国内数控多线切割机床市场。由于市场需求量巨大，多线切割机床产品呈现供不应求的状况，以瑞士ＭｅｙｅｒＢｕｒｇｅｒ公司为例，其产品订单已排到２００９年。

２．２国内数控多线切割技术现状

我国半导体制造行业起步较晚，多线切割技术一直是我国半导体材料切割加工的瓶颈。国家政府也意识到了半导体制造行业对国家综合国力发展的重要性，鼓励并资助具有一定制造基础和研发实力的企业、学校研究开发国产的数控多线切割机床设备。国内已有多家企业着手开发数控多线切割机床产品，如中日合资的上海日进机床有限公司、湖南宇晶机器实业有限公司和兰州瑞德集团（原兰新集团）都相继研制了数控多线切割机床样机或产品。

现仅以湖南宇晶机器实业有限公司研制的产品为例进行说明。ＸＱ１２０Ａ和ＸＱ１２０Ｂ数控多线切割机床产品于２００６年上半年推向国内外市场，于２００６年１２月３０日通过科技成果鉴定，是我国第一代具有自主知识产权的多线切割机床。第一代产品的主要特征：由张力重锤设定张力，编码器反馈张力变化以及ＰＬＣ和调速电机控制排线系统；采用ＰＬＣ和伺服电机控制工作台的动作。该机主要用于水晶、石英、蓝宝石、磁性材料等硬脆材料的切割加工。该机型自问世以来，已累计销售３０余台，市场前景广阔。在此基础上，又于２００７年上半年向市场推出了ＸＱ３００Ａ数控多线切割机床产品，于２００７年１０月２７日通过科技成果鉴定，是我国第二代自主研制的数控多线切割机床产品。第二代产品的主要特征：采用伺服电机直接转矩控制取代张力重锤来控制张力，提高了张力控制精度；提出了基于伺服电机自带绝对值编码器信息的排线及限位控制方法，显著提高了排线性能，排线均匀平整；通过走线速度指令的优化设计，有效地缩短了速度

２国内外数控多线切割技术研究状况及趋势

２．１国外数控多线切割技术状况

多线切割机床属于大型精密数控机床，其加工精度高、控制系统复杂、制造难度大，国际上仅有少数几家大型机械制造公司掌握数控多线切割机床技术，如瑞士ＭｅｙｅｒＢｕｒｇｅｒ公司、ＨＣＴ公司、日本Ｔａｋａｔｏｒｉ公司、ＮＴＣ公司等。

２（总第１５４期

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