配制铸造聚氨酯以生产具有更高精度和耐用性的导丝辊

Argonics 提供的技术文章

用于微电子和光伏行业的晶圆制造涉及许多关键过程。其中第一个是将通常由硬而脆的硅组成的锭或晶体精密切割成适合硅芯片加工的尺寸均匀的晶片。

在生产环境中，这种切割通常由多线锯执行，该多线锯由带状结构中精确且均匀间隔的金刚石涂层线组成。硅材料的锭或晶体的切割是一次完成，产生几十甚至几百个晶片。

为了达到理想的线间距，以及保持理想的线张力，使用了精密制造的滚轮。这包括较小的“张紧器”滚轮以及带有机加工槽口的较大滚轮，可将金刚石涂层线固定到位。

由于晶圆切割过程的准确性取决于滚轮的耐用性和一致性，因此缺乏材料强度或精确几何/尺寸的那些可能会过早失效。这可能导致代价高昂的计划外停机、材料浪费以及后续操作的潜在延迟。

幸运的是，可以使用高性能滚轮，这些滚轮采用独特、更耐用的氨基甲酸乙酯配方，并且可以加工以满足高公差要求，并在零件之间保持一致性，以确保理想的多线切割。

聚氨酯滚轮当今使用的大多数线切割滚轮由聚氨酯（聚氨酯的简称）组成。较短的滚筒通常同时切割多达 30 个晶圆，由高性能、铸造和机加工的聚氨酯制成。较长的滚筒通常可以切割多达 300 个晶圆，通常涂有具有相似特性的聚氨酯套管。

“聚氨酯是长线切割辊和短线切割辊的首选材料，”美国最大的耐磨聚氨酯产品生产商之一 Argonics 的技术销售工程师 Greg Cappaert 说。“铸造聚氨酯是一种坚韧、耐磨的弹性材料，它结合了高科技塑料、金属和陶瓷的许多性能优势以及橡胶部件的弹性和柔韧性。”

由于聚氨酯的特性可以在广泛的硬度、弹性、弹簧刚度和动态特性范围内进行调整，它的多功能性为困难的设计挑战提供了定制解决方案。

“聚氨酯，即使在相对少量的生产中，也可以进行调整和定制，以优先考虑设计工程师需要的物理特性，”Cappaert 说。

聚氨酯的特性对于使用多线锯切割薄至 80 至 100 微米的晶圆的大批量生产操作至关重要。晶圆厚度或轮廓的任何偏差都会导致切割操作停止，除非手头有备用滚轮，否则会造成严重的生产延误。

Cappaert 补充说，晶圆线切割设备上使用的聚氨酯滚轮本质上是“消耗品”。较短的滚筒，也称为张紧器或皮带轮，每年更换几次。具有聚氨酯衬里的较长滚筒每年必须重新涂覆多达 40 至 50 次。

Cappaert 说，由于氨基甲酸乙酯配方、铸造或加工方面的缺陷，轧辊的大部分周转率是由于轧辊过早脱离规格造成的。

由于聚氨酯是一种工程材料，因此可以通过调整配方以满足应用的特定要求以及对单个零件进行严格的测试和严格的质量控制来克服许多问题。他还指出，聚氨酯滚轮可以设计为在干湿操作中都提供极高的精度，例如加工公差为 ±0.004 英寸（±0.10 毫米）。

Cappaert 将铸造聚氨酯滚轮的生产描述为复杂且高度敏感。出于这个原因，Argonics 单独铸造、加工和检查每一个。当较大的聚氨酯涂层辊接近磨损极限时，必须使用相同类型的严格程序将其剥离并重新涂层。

虽然特定的客户配方和设计信息被认为是专有的，但 Cappaert 表示，这些方法可以改善晶圆翘曲、切割一致性和厚度变化，同时还可以延长滚筒的使用寿命。

许多精密线切割设备的供应商和用户可能涉及的另一个困难是供应链问题。根据手头的库存，不及时交付的聚氨酯滚轮（可能是由于过早的故障）可能会导致晶圆切割停止，从而导致生产线其余部分的延误代价高昂。Cappaert 建议与愿意帮助解决此类代价高昂的延误的制造商合作，例如 Argonics。

审核编辑 黄昊宇