半導體材料及超硬材料線切割專用刃料顆粒成型的方法
2023-06-10 21:03:16
專利名稱：半導體材料及超硬材料線切割專用刃料顆粒成型的方法
技術領域：
本發明涉及一種線切割刃料，尤其是涉及一種半導體材料及超硬材料線切割專用 刃料顆粒成型的方法。
背景技術：
第一代、第二代半導體材料大多採用碳化矽類微粉與聚乙二醇類作為切割漿料進 行多線切割方式加工，在生產過程中產生大量的漿料廢棄物，屬於高資源消耗、高汙染、環 境不友好型的生產方式；或行業內極少數企業採用的金剛石線鋸的生產方式，由於受金剛 石微粉產能及價格的影響，加工成本是前種生產方式的10倍以上。作為半導體材料專用的 切割刃料顆粒的製備，目前多採用氣流粉碎分級(包括氣旋磨、氣流磨、對撞磨等)或雷蒙 磨粉碎分級(包括雷蒙磨、雷蒙磨改進乾式球磨分級機等)以及傳統的溼法球磨機、間歇式 幹法球磨機加工而成。由於上述方法製備產品的產出率低(溼法球磨的單號產出率僅有 9%，雷蒙磨改進的乾式球磨分級機產出率也只能達到52%)，生產效率低(溼法球磨單臺 只有約30kg/h，氣流磨最高也只能達到200kg/h左右)，能耗高，噸電耗都在1000度以上， 且生產過程中產生的噪音一般在SOdB以上。作為切割刃料的原料，由於採用的是普通的碳 化矽和金剛石，為了滿足太陽能級晶矽片、集成電路晶片、砷化鎵等第二代半導體材料的多 線切割以及藍寶石LED襯板行業對產品的要求，採用上述方法製備切割刃料顆粒時，則必 須使用硫酸、氫氟酸、鹽酸等進行化學處理，這又造成了大量廢水、廢氣及固體廢棄物汙染 環境的問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種以6H_SiC或ScD為原料的半導體材料及超硬材料線 切割專用刃料顆粒成型的方法。為實現上述目的，本發明可採取下述技術方案本發明所述的半導體材料及超硬材料線切割專用刃料顆粒成型的方法，包括下述 步驟第一步選取莫氏硬度> 9. 3、結晶型體為6H_SiC的碳化矽材料或莫氏硬度 > 9. 9 10的碳化矽複合金剛石超硬材料作為原料；第二步將原料通過螺旋給料器送入風掃式研磨機進行研磨，控制給料速度 700 3500kg/h，研磨介質級配為 Φ50 Φ40 Φ30 = 0. 4 0. 6 1 0.5 0.7，數 量 11000-40000Kg ；第三步通過引風裝置將上述研磨後所得粉料送至分級系統進行一次分級，選出 的16微米以細顆粒再進行二次分級，16微米以粗顆粒返回第二步的風掃式研磨機中繼續 研磨；第四步通過對上述16微米以細顆粒進行二次分級，16-5微米成品顆粒被送至包 裝倉進行包裝；5微米以細顆粒作為副產品被送至旋風裝置收集起來。
所述引風裝置為風壓在2000kg/m3以上的引風機；所述旋風裝置為旋風分離器； 所述分級系統為一次分級所用的立式分級機和二次分級所用的臥式分級機。本發明的優點在於該方法既能滿足目前半導體材料自由式多線切割對顆粒刃具 產品的顆粒成型要求，更重要的是也滿足了固結線鋸專用刃料顆粒的製備成型要求，為替 代半導體材料自由式多線切割奠定了技術基礎，成為低消耗、無汙染以及環境友好型加工 方式。其優點具體體現在以下幾方面1、將製備該切割刃料顆粒的原材料由普通碳化矽材料變為6H_SiC碳化矽或 ScD(即莫氏硬度彡9. 9 10、結晶型體為6H-SiC的碳化矽複合金剛石)的超硬材料 ΘΗ-SiC碳化矽是碳化矽200多種型體中結構最穩定，韌性最優以及硬度最高的，因此使用 該原料生產的產品抗破碎性能好、性能穩定，而普通碳化矽由於產品結構不穩定，儘管在後 續加工中使用化學處理方法將刃料顆粒表面附著的雜質處理後也能達到要求，但在對半導 體材料加工的過程中易分解，產生碳和金屬雜質，對半導體材料表面造成傷害，導致切片良 品率降低；而採用6H-SiC碳化矽生產的切割刃料，由於產品穩定性好，即使經過數次加工， 產品結晶保持良好，切片良品率可提高5-10%，尤其對於IC級半導體材料，減少了對金屬 離子對電導率的影響，同時，循環使用率也可由普通碳化矽產品的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於9. 9 10，韌性值大於90%，故 而由其製備的切割刃料可以直接噴塗在鋼線上作線鋸使用，無需配入同比例的聚乙二醇等 有機物，避免了有機化學物質對環境的汙染，同時由於該產品硬度高、性能穩定，可反覆使 用100次以上，且該原料產品為6H-SiC複合金剛石C，純度高達99. 5%以上，在切割過程中 極少帶入金屬雜質。2、本發明通過分級系統中分級機分級輪參數的變頻調整可實現可調式柔性生產， 以平均10微米顆粒為例，單號產品產出率85%以上，而傳統溼法球磨或間歇式幹法球磨只 有20-25%左右，雷蒙磨也只有52%左右。3、本發明製備的刃料顆粒形狀不同於雷蒙磨產生的長條狀、針狀，也不同於氣流 磨產生的球形，而是以有尖角的六方體為主。以#1200為例，氣流磨、雷蒙磨生產的產品圓 形度在0. 865以上，而採用本發明技術方案生產的刃料顆粒圓形度為0. 860-0. 865，適宜作 為半導體材料線切割刃料，特別是極大規模集成電路級矽片切割專用刃料。4、傳統雷蒙磨、溼式球磨和間歇式幹法球磨生產方式產量低，小時產量只有60kg 以下，氣流磨的小時產量在200kg。採用本發明技術方案，小時產量可達到600-3000kg。5、行業內普遍使用的雷蒙磨生產電耗為1000度/噸以上，而採用本發明技術方 案，產品電耗為300度/噸，能耗降低100-300 %以上。6、本發明技術方案集成了研磨、分級、負壓引風及自動化控制系統，實現粉碎、分 級的快進快出，即滿足要求的顆粒在氣流風場的作用下離開研磨腔體快速通過分級系統， 從而減少了過粉碎，較其他粉碎工藝技術生產的產品成品率提高10%以上。7、採用本發明技術方案的研磨介質配比，形成球篩，使大顆粒研磨、破碎時，小顆 粒快速通過而不被粉碎，產生5微米以細細粉為8%以下，而雷蒙磨生產則達到25%以上。8、採用本發明技術方案，可通過物理磁選的方式進行除鐵(由於採用高耐磨粉碎 介質，以及在易磨損部件如分級輪、管道都塗附、粘貼聚氨酯材料)，達到含鐵量低於0. 3%的產品要求，徹底消除因化學處理產生的廢酸、廢水、廢氣環境汙染。9、採用本發明技術方案，環境噪音低於60dB，低於傳統粉碎採用雷蒙磨、溼法球 磨、間歇式幹法球磨以及氣流磨等生產方式的80dB以上。下表為幾種粉碎方法製備的切割刃料的指標對比
權利要求
一種半導體材料及超硬材料線切割專用刃料顆粒成型的方法，其特徵在於包括下述步驟第一步選取莫氏硬度≥9.3、結晶型體為6H SiC的碳化矽材料或莫氏硬度≥9.9～10的碳化矽複合金剛石超硬材料作為原料；第二步將原料通過螺旋給料器送入風掃式研磨機進行研磨，控制給料速度700～3500kg/h，研磨介質級配為Φ50∶Φ40∶Φ30＝0.4～0.6∶1∶0.5～0.7，數量11000 40000Kg；第三步通過引風裝置將上述研磨後所得粉料送至分級系統進行一次分級，選出的16微米以細顆粒再進行二次分級，16微米以粗顆粒返回第二步的風掃式研磨機中繼續研磨；第四步通過對上述16微米以細顆粒進行二次分級，16 5微米成品顆粒被送至包裝倉進行包裝；5微米以細顆粒作為副產品被送至旋風裝置收集起來。
2.根據權利要求1所述的半導體材料及超硬材料線切割專用刃料顆粒成型的方法，其 特徵在於所述引風裝置為風壓在2000kg/m3以上的引風機；所述旋風裝置為旋風分離器； 所述分級系統為一次分級所用的立式分級機和二次分級所用的臥式分級機。
全文摘要
本發明公開了一種半導體材料及超硬材料線切割專用刃料顆粒成型的方法，包括下述步驟1、選取6H-SiC碳化矽或碳化矽複合金剛石超硬材料作為原料；2、將原料送入研磨機研磨；3、通過引風裝置將研磨後的粉料進行一次分級，選出16微米以細顆粒進行二次分級，16微米以粗顆粒返回研磨機中繼續研磨；4、經過二次分級，16-5微米成品顆粒被送至包裝倉進行包裝；5、微米以細顆粒作為副產品被送至旋風裝置收集起來。本發明的顆粒成型方法既能滿足目前半導體材料自由式多線切割對顆粒刃具產品的顆粒成型要求，也滿足了固結線鋸專用刃料顆粒的製備成型要求，為替代半導體材料自由式多線切割奠定了技術基礎，成為低消耗、無汙染的加工方式。
文檔編號B02C15/00GK101947483SQ20101025126
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月12日 優先權日2010年8月12日
發明者楊東平 申請人:河南醒獅高新技術股份有限公司