金剛線是金剛石切割線的簡稱,還被稱為之位鉆石切割線或者鉆石線。工業上許多硬質材料都是用切割鋼線或者更高質量的金鋼線來切割的,比如光伏領域的多晶硅切片,單晶硅,晶棒,藍寶石,磁性材料,陶瓷材料。由于具備效率高,成本低,低TTV,無污染等諸多優點,近年來正在逐漸代替國內傳統的砂漿切割手段,并且替代速度逐年升高。
硅片切割技術。硅材料是一種脆性非常高的材料,切割的時候很容易發生斷裂,加工過程中產生缺陷的原因非常復雜,比金屬材料更難加工,硅材料在實際的多線切割過程中容易產生微裂紋,微裂紋的產生將減少的硅材料的強度,隨著切割過程中的機械振動,很容易在切割的部位發生斷裂破壞,嚴重影響到硅片最終的質量。
硅材料的切割過程不單純是簡單的切削過程,其中包括非常復雜的物理變化過程,比如硅晶粒的剝落過程、塑性變形的過程、硅晶粒碎裂等相關過程。有研究表明,在硅材料的切割過程中,主要有兩種去除方式,一種是脆性斷裂切除,一種是塑性變形切除。脆性斷裂切除在硅材料的切割頂端會產生裂紋,產生的裂紋會使硅片表面損傷增加;而塑性變形切除是將硅棒在塑性區域內切除,同時在被切割的過程中,硅材料形成塑性切割,這也就產生了切削。 游離磨料多線切割以兩種方式除去硅材料:去除脆性斷裂和塑性流動的去除。脆性斷裂前端以顆粒形式裂紋移除,晶片表面裂紋會受到嚴重的傷害;除去塑性流動形成在硅棒切塑性區域,塑性流動的形成過程中被切割,由此產生切割。
傳統的硅片切割方式——砂漿切割。從20 世紀90 年代中期開始,由于線鋸加工的切縫窄、厚度均勻、翹曲度較低,而被廣泛應用于單晶硅等貴重硬脆材料的加工。線鋸主要分為游離磨料和固結磨料兩類。游離磨料線切割加工在工業切割領域表現穩定,在光伏產業的大尺寸硅片切割領域廣泛應用,但其存在加工效率較低且不利于加工更硬的材料、磨漿污染環境嚴重等問題,因而嚴重制約了該技術的進一步發展。
新型的硅片切割方式——金剛線切割。由于碳化硅為磨料的砂漿切割具有較多的缺點,其逐漸被電鍍磨料線鋸切割技術所替代,而其磨料一般采用金剛石。電鍍金剛石線鋸是一種在鍍液中添加一定的金剛石磨料,當鍍液中的金屬離子在陰極還原成金屬,沉積在線鋸基體上時,金剛石微粒被包覆進入鍍層而制成的線性鋸切工具。其比原來的游離磨粒線鋸具有更高的耐磨性,同時能夠承受較大的切削力和較長的切削時間。