CN101947483B - 半导体材料及超硬材料线切割专用刃料颗粒成型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体材料及超硬材料线切割专用刃料颗粒成型的方法，包括下述步骤：1、选取6H-SiC碳化硅或碳化硅复合金刚石超硬材料作为原料；2、将原料送入研磨机研磨；3、通过引风装置将研磨后的粉料进行一次分级，选出16微米以细颗粒进行二次分级，16微米以粗颗粒返回研磨机中继续研磨；4、经过二次分级，16-5微米成品颗粒被送至包装仓进行包装；5微米以细颗粒作为副产品被送至旋风装置收集起来。本发明的颗粒成型方法既能满足目前半导体材料自由式多线切割对颗粒刃具产品的颗粒成型要求，也满足了固结线锯专用刃料颗粒的制备成型要求，为替代半导体材料自由式多线切割奠定了技术基础，成为低消耗、无污染的加工方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种线切割刃料，尤其是涉及一种半导体材料及超硬材料线切割专用刃料颗粒成型的方法。
背景技术
第一代、第二代半导体材料大多采用碳化硅类微粉与聚乙二醇类作为切割浆料进行多线切割方式加工，在生产过程中产生大量的浆料废弃物，属于高资源消耗、高污染、环境不友好型的生产方式；或行业内极少数企业采用的金刚石线锯的生产方式，由于受金刚石微粉产能及价格的影响，加工成本是前种生产方式的10倍以上。作为半导体材料专用的切割刃料颗粒的制备，目前多采用气流粉碎分级(包括气旋磨、气流磨、对撞磨等)或雷蒙磨粉碎分级(包括雷蒙磨、雷蒙磨改进干式球磨分级机等)以及传统的湿法球磨机、间歇式干法球磨机加工而成。由于上述方法制备产品的产出率低(湿法球磨的单号产出率仅有9％，雷蒙磨改进的干式球磨分级机产出率也只能达到52％)，生产效率低(湿法球磨单台只有约30kg/h，气流磨最高也只能达到200kg/h左右)，能耗高，吨电耗都在1000度以上，且生产过程中产生的噪音一般在80dB以上。作为切割刃料的原料，由于采用的是普通的碳化硅和金刚石，为了满足太阳能级晶硅片、集成电路晶片、砷化镓等第二代半导体材料的多线切割以及蓝宝石LED衬板行业对产品的要求，采用上述方法制备切割刃料颗粒时，则必须使用硫酸、氢氟酸、盐酸等进行化学处理，这又造成了大量废水、废气及固体废弃物污染环境的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以6H-SiC或ScD为原料的半导体材料及超硬材料线切割专用刃料颗粒成型的方法。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的半导体材料及超硬材料线切割专用刃料颗粒成型的方法，包括下述步骤：
第一步：选取莫氏硬度≥9.3、结晶型体为6H-SiC的碳化硅材料或莫氏硬度≥9.9～10的碳化硅复合金刚石超硬材料作为原料；
第二步：将原料通过螺旋给料器送入风扫式研磨机进行研磨，控制给料速度700～3500kg/h，研磨介质级配为Φ50∶Φ40∶Φ30＝0.4～0.6∶1∶0.5～0.7，数量11000-40000Kg；
第三步：通过引风装置将上述研磨后所得粉料送至分级系统进行一次分级，选出的16微米以细颗粒再进行二次分级，16微米以粗颗粒返回第二步的风扫式研磨机中继续研磨；
第四步：通过对上述16微米以细颗粒进行二次分级，16-5微米成品颗粒被送至包装仓进行包装；5微米以细颗粒作为副产品被送至旋风装置收集起来。
所述引风装置为风压在2000kg/m3以上的引风机；所述旋风装置为旋风分离器；所述分级系统为一次分级所用的立式分级机和二次分级所用的卧式分级机。
本发明的优点在于该方法既能满足目前半导体材料自由式多线切割对颗粒刃具产品的颗粒成型要求，更重要的是也满足了固结线锯专用刃料颗粒的制备成型要求，为替代半导体材料自由式多线切割奠定了技术基础，成为低消耗、无污染以及环境友好型加工方式。
其优点具体体现在以下几方面：
1、将制备该切割刃料颗粒的原材料由普通碳化硅材料变为6H-SiC碳化硅或ScD(即莫氏硬度≥9.9～10、结晶型体为6H-SiC的碳化硅复合金刚石)的超硬材料：6H-SiC碳化硅是碳化硅200多种型体中结构最稳定，韧性最优以及硬度最高的，因此使用该原料生产的产品抗破碎性能好、性能稳定，而普通碳化硅由于产品结构不稳定，尽管在后续加工中使用化学处理方法将刃料颗粒表面附着的杂质处理后也能达到要求，但在对半导体材料加工的过程中易分解，产生碳和金属杂质，对半导体材料表面造成伤害，导致切片良品率降低；而采用6H-SiC碳化硅生产的切割刃料，由于产品稳定性好，即使经过数次加工，产品结晶保持良好，切片良品率可提高5-10％，尤其对于IC级半导体材料，减少了对金属离子对电导率的影响，同时，循环使用率也可由普通碳化硅产品的20次提高到25-30次以上，降低使用成本30％以上；ScD超硬材料的莫氏硬度大于9.9～10，韧性值大于90％，故而由其制备的切割刃料可以直接喷涂在钢线上作线锯使用，无需配入同比例的聚乙二醇等有机物，避免了有机化学物质对环境的污染，同时由于该产品硬度高、性能稳定，可反复使用100次以上，且该原料产品为6H-SiC复合金刚石C，纯度高达99.5％以上，在切割过程中极少带入金属杂质。
2、本发明通过分级系统中分级机分级轮参数的变频调整可实现可调式柔性生产，以平均10微米颗粒为例，单号产品产出率85％以上，而传统湿法球磨或间歇式干法球磨只有20-25％左右，雷蒙磨也只有52％左右。
3、本发明制备的刃料颗粒形状不同于雷蒙磨产生的长条状、针状，也不同于气流磨产生的球形，而是以有尖角的六方体为主。以#1200为例，气流磨、雷蒙磨生产的产品圆形度在0.865以上，而采用本发明技术方案生产的刃料颗粒圆形度为0.860-0.865，适宜作为半导体材料线切割刃料，特别是极大规模集成电路级硅片切割专用刃料。
4、传统雷蒙磨、湿式球磨和间歇式干法球磨生产方式产量低，小时产量只有60kg以下，气流磨的小时产量在200kg。采用本发明技术方案，小时产量可达到600-3000kg。
5、行业内普遍使用的雷蒙磨生产电耗为1000度/吨以上，而采用本发明技术方案，产品电耗为300度/吨，能耗降低100-300％以上。
6、本发明技术方案集成了研磨、分级、负压引风及自动化控制系统，实现粉碎、分级的快进快出，即满足要求的颗粒在气流风场的作用下离开研磨腔体快速通过分级系统，从而减少了过粉碎，较其他粉碎工艺技术生产的产品成品率提高10％以上。
7、采用本发明技术方案的研磨介质配比，形成球筛，使大颗粒研磨、破碎时，小颗粒快速通过而不被粉碎，产生5微米以细细粉为8％以下，而雷蒙磨生产则达到25％以上。
8、采用本发明技术方案，可通过物理磁选的方式进行除铁(由于采用高耐磨粉碎介质，以及在易磨损部件如分级轮、管道都涂附、粘贴聚氨酯材料)，达到含铁量低于0.3％的产品要求，彻底消除因化学处理产生的废酸、废水、废气环境污染。
9、采用本发明技术方案，环境噪音低于60dB，低于传统粉碎采用雷蒙磨、湿法球磨、间歇式干法球磨以及气流磨等生产方式的80dB以上。
下表为几种粉碎方法制备的切割刃料的指标对比：
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
如图所示，本发明所述的半导体材料及超硬材料线切割专用刃料颗粒成型的方法，包括下述步骤：
第一步：选取莫氏硬度≥9.3、结晶型体为6H-SiC的碳化硅(显微硬度HV≥3000，结构纯度95％，韧性度≥70％)材料或莫氏硬度≥9.9～10、结晶型体6H-SiC的复合人造金刚石(韧性度≥90％)超硬材料作为原料；
第二步：将原料通过螺旋给料器送入风扫式研磨机进行研磨，研磨时通过计算机自动计量给料，控制给料速度700～3500kg/h，研磨介质级配为Φ50∶Φ40∶Φ30＝0.4～0.6∶1∶0.5～0.7，数量11000～40000Kg：通过人机界面监视研磨电流变化，当电流小于电机额定电流10～15％时自动报警，补充研磨介质；
第三步：通过风压在2000kg/m3以上的引风机将上述研磨后所得粉料送至630型立式分级机进行一次分级，分级轮参数18-22HZ，选出的16微米以细颗粒进入400型卧式分级机进行二次分级，16微米以粗颗粒返回第二步的风扫式研磨机中继续研磨；
第四步：通过400型卧式分级机对上述16微米以细颗粒进行二次分级后，16～5微米成品颗粒被送至包装仓进行包装；5微米以细颗粒作为副产品被送至PV700型高效旋风分离器被收集起来。
Claims (2)
1.一种半导体材料及超硬材料线切割专用刃料颗粒成型的方法，其特征在于：包括下述步骤：
第一步：选取莫氏硬度≥9.3、结晶型体为6H-SiC的碳化硅材料或莫氏硬度≥9.9～10的碳化硅复合金刚石超硬材料作为原料；
第二步：将原料通过螺旋给料器送入风扫式研磨机进行研磨，控制给料速度700～3500kg/h，研磨介质级配为Φ50∶Φ40∶Φ30＝0.4～0.6∶1∶0.5～0.7，研磨介质的数量11000-40000Kg；
第三步：通过引风装置将上述研磨后所得粉料送至分级系统进行一次分级，选出的16微米以细颗粒再进行二次分级，16微米以粗颗粒返回第二步的风扫式研磨机中继续研磨；
第四步：通过对上述16微米以细颗粒进行二次分级，5-16微米成品颗粒被送至包装仓进行包装；5微米以细颗粒作为副产品被送至旋风装置收集起来。
2.根据权利要求1所述的半导体材料及超硬材料线切割专用刃料颗粒成型的方法，其特征在于：所述引风装置为风压在2000kg/m3以上的引风机；所述旋风装置为旋风分离器；所述分级系统为一次分级所用的立式分级机和二次分级所用的卧式分级机。
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