双层紫外光固化树脂金刚石锯丝研究.pdf

2013年7月
机械设计与制造工程
Jul.2013
第42卷第7期
Machine Design and Manufacturing Engineering
Vol, 42 No. 7
DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2013.07.002
双层紫外光固化树脂金刚石锯丝研究
裘腾威,许雪峰,姚春燕,彭伟,顾冬
(特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室(浙江T业大学),浙江杭州310032)
摘要:针对单层紫外光固化树脂金刚石铻丝存在树脂柔韧性差、金刚石磨粒易脱落等问题,提出
了一种双层紫外光固化树脂金刚石锯丝制作工艺。该エ艺先在芯线表面涂覆一层柔初性好并且
与芯线结合能力强的光固化树脂,经紫外光固化,再在该树脂层表面涂覆一层含金刚石磨粒的光
固化树脂并且固化。分别用双层和单层紫外光固化树脂金刚石锯丝对硅锭进行切割对比试验,
其中双层紫外光固化树脂金刚石锯丝切割效率达到26mm32/min;切缝和崩边小,材料利用率高;
表面粗糙度从R4.595um减小到R。1.031pm,切片质量較高。
关键词:线锯;紫外光固化;光固化树脂;制作工艺
中图分类号:TQ164
文献标识码:A
文章编号:2095-509X(2013)07-0005-04
半导体材料切割加工技术随着太阳能电池制也对其进行了研究,但是目前紫外光固化树脂金刚
造业的迅猛发展得到了越来越广泛的重视。在光石锯丝存在树脂柔韧性差、锯丝对金刚石磨粒把持
伏电池制造中,切片加工是重要工序之一,到目前力低等问题,导致磨粒易脱落、锯丝使用寿命短、切
为止,切片加工的成本依然占生产成本的30%,其割效率低、锯切表面质量差,制约着它的工业应用
中材料损耗占50%左右。因此,减小硅片的厚度因此,研究开发柔韧性好、对金刚石磨粒把持力强
(提高单位材料的出片率)、减少切割的刀损(提高的双层紫外光固化树脂金刚石锯丝,实现晶体材料
原材料的利用率)和提高硅片的表面质量(降低后的紫外光固化树脂金刚石锯丝高质量低损耗的精
续工艺的成本)等成为国内外研究的重点-2l。密切片,满足晶体材料切片加工方面越来越高的要
在工业应用领域,目前大尺寸硅锭基本使用多线锯求,就成为国内外学者共同关注的焦点。
切割技术进行切片加工,切割用的锯丝主要包括游
离料锯丝、电镀金刚石锯丝和热固化树脂锯丝。1紫外光固化树脂金刚石锯丝固化原理及
但是以上3种线锯丝都存在一些缺陷:游离磨料锯
制备方法
丝存在切割效率低,蘑浆污染环境严重;电镀金刚
紫外光固化是利用紫外光引发具有化学活性
石锯丝在制造过程中,电镀层由镀铜底层、金刚石的低分子量物质转变成高分子量产物的过程,将紫
磨粒层和镀镍外层复合而成,因此生产周期长,成外光光固化树脂由液态转变为固态门。光固化树
本高];热固化树脂锯丝制造通常使用热固性酚脂聚合反应如图1所示,在聚合反应过程中,分子
醛类树脂,通过加热将磨粒固结于芯线表面,形成间的范德华力变成共价键,相应原子间距离从
树脂结合剂锯丝,所以该锯丝在生产时,能耗0.3~0.5nm缩短到0.154nm。伴随着大量分子的
大,成本高。
聚合反应,紫外光固化树脂在快速聚合反应中体积
紫外光固化树脂金刚石锯丝是基于紫外光树
聚合反应
脂快速固化机理,将金刚石磨粒快速固结在芯线表
CH+CH、=CH
CH-CH
面。其具有制造成本低、线径小、耗材率低等优点。
日本学者夏本俊之、上网勇夫、井手大介等人3?
范德华力距离CC键距离
CC键距离
0.3~0.5nm0.133nm
0.154nm
发明了紫外光固化树脂金刚石锯丝,国内一些学者
图1光固化树脂聚合反应示意图
收稿日期:2013-05-14
甚金项目:国家自然科学基金资助项目(51075367);浙江省自然科学基金资助项目(Y1090931);渐江省自然科学基金资助项目(Y106065)
作者简介:裘腾威(1987ー),男,浙江宁波人,浙江工业大学博士研究生,主要研究方向为紫外光固化树脂金刚石线锯。
2013年第42卷
机械设计与制造工程
快速收缩-。紫外光固化树脂金刚石锯丝就是
基于紫外光树脂快速固化机理,将金刚石磨粒快速
固结在芯线表面。
单层紫外光固化树脂金刚石锯丝的截面图如
9
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图2(a)所示,该锯丝由芯线、金刚石磨粒和树脂组
成,其制备方法:(1)在芯线表面均匀涂覆一层含
金石磨粒的树脂层;(2)紫外光固化。这种方法1-电脑控制端:2一放线轮:3ー去脂槽:ー清洗糟,5一芯线/基体
生产的锯丝要求树脂不仅与芯线结合力强,与金刚
6一干燥箱;7一混料及涂覆装置:8一紫外光固化装置;9一收线轮
石具有较好的把持力,而且要求树脂具有高的耐磨
图3紫外光固化树脂金刚石线铅涂覆机示意图
性和柔韧性,但是某一种树脂的柔韧性、耐磨性及
紫外光固化树脂金刚石线锯涂覆机制作双层
树脂与芯线的结合力很难同时达到理想情况
紫外光固化树脂金刚石锯丝的主要工艺参数见表
制作工艺如下:
第一步,去脂槽内放人丙酮,芯线表面丙酮清
洗,芯线直径0.16mm
第二步,1号打底树脂涂覆1层,打底模具直
径0.18mm,线速度1=9m/mino
a)单层紫外光固化树(b)双层紫外光阖化树
脂金刚石锯丝截面因脂金刚石锯丝截面图
第三步,含30%金刚石磨粒的2号紫外光固
1一芯线:2一涂覆树脂;3一金刚石磨粒;4一打底树脂
化树脂涂覆1层,涂覆模具直径0.22mm,线速度
图2紫外光固化树脂金刚石锯丝樴面示意图
第四步,根据总曝光量,计算涂覆层树脂第.
双层紫外光固化树脂金刚石锯丝的截面图如次固化时的线速度。
图2(b)所示,该锯丝由芯线、打底树脂、金刚石磨
O1=Wメ(L÷m2)
粒和涂覆树脂组成,其制备方法:(1)在芯线表面
T=(Q-1)÷W
涂覆一层柔韧性好并且与芯线结合能力强的打底
树脂;(2)紫外光固化;(3)在该树脂层表面涂覆一式中:T为机器剩余曝光时间:Q为涂覆层树脂总
层含金別石磨粒的涂覆树脂;(4)再次紫外光固曝光量;?1为涂覆层树脂第一次吸收的曝光量;W
化。这种制备方法的优点是降低了紫外光固化树为机器紫外光强度;为涂覆层树脂第二次固化时
脂金刚石锯丝对树脂的要求,只需要打底树脂与芯的线速度;L为固化炉长度。
线的结合力好,且具有较好的柔韧性;涂覆树脂对
其中相关参数取值如下:Q=600muI/em2,
金刚石磨粒把持力强,且具有较好的耐磨性。
=79mW/em2,L=35cm。得出涂覆树脂第二
次固化时的线速度3为4m/min。
2双层紫外光固化树脂金刚石锯丝制作
第五步,烘箱80℃烘烤30min。该工艺可以部
双层紫外光固化树脂金刚石锯丝主要采用实分消除由于紫外光固化树脂快速固化而形成的内
验室的紫外光固化树脂金刚石线锯涂覆机制备。应力集中现象,增大内层树脂和芯线的结合力、提
紫外光固化树脂金刚石线锯涂覆机的主要结构包高外层树脂对金刚石磨粒的把持力。最后形成
括芯线清洗装置、涂覆装置、紫外光固化炉、收放线0.2mm双层紫外光固化树脂金刚石锯丝。
轮机构和控制机构1,其示意图如图3所示。紫外
表1