サファイア切断方法：エンドレス、マルチワイヤー、シングルワイヤーソーの説明

サファイアの切断が困難な理由

イラスト：サファイアに使用される3つのダイヤモンドワイヤーソー設計。機械レイアウトではなく、縮尺も示していません。 サファイアは単結晶酸化アルミニウムです。モース硬度で9を示し、ダイヤモンドのすぐ下に位置するため、実用的な速度で切断できるのはダイヤモンド研磨剤だけです。また、脆性もあります。結晶に不均一に負荷がかかる切断は、端を欠けさせたり、微細な亀裂を残したりする可能性があり、その損傷は後で研削と研磨によって除去する必要があります。, サファイアは異方性があり、結晶の方向によって特性が変化します。そのため、基板や光学窓は任意の角度ではなく指定された結晶面で切断され、通常は最初の切断前にブールが配置されます。.

工業用サファイアは、炉で成長した大きなブールから始まります。例えば、私たちの記事「.

キロップラスサファイア結晶成長炉 」で説明されているキロップラス法などです。ブールは、一度にスライスするには大きすぎます。したがって、ほとんどのサファイア切断方法は順次使用されます。まずブールをブロックに切断し、次にブロックをスライスし、次に特別な形状を切断します。各ステップには異なる優先順位があり、そこに3つのワイヤーソーが登場します。. 以下の3つのサファイア切断方法はすべて、ダイヤモンドコーティングされたワイヤーで切断します。ワイヤーソーとは、ブレードではなく動くワイヤーで切断する機械のことです。違いは、ワイヤーの供給方法、配線方法、および同時に切断するワイヤーの数にあります。.

サファイア切断方法の比較（概要）

マルチワイヤーソー ワイヤーソー シングルワイヤーソー（オープンエンド）.

ダイヤモンドブレード、内径ソー、レーザーもサファイアを切断できますが、主に小部品や完成したウェハーのダイシングに使用されます。ブールや大きなブロックの場合、ブレードの直径はブレードが切断できる深さを制限しますが、ダイヤモンドワイヤーは狭いカーフで大きなセクションを通過できます。そのため、ワイヤーは以下のステップで通常使用される工具です。.

エンドレスダイヤモンドワイヤーソーは、2つ以上のホイールの周りを走行するダイヤモンドワイヤーの閉ループを使用します。ループは一方向に連続して移動するため、機械はワイヤーを停止して反転させる必要がありません。連続した一方向の動きにより、ワイヤー速度が高く、切断が安定します。.

これが、単一カットのサファイア切断方法の中で最も高速である主な理由です。Vimfunサファイア切断では、200mm径のサファイアブールを1回切断するのに、巻き取り式ワイヤーで約15〜20時間かかるのに対し、エンドレスワイヤーでは通常約3〜4時間かかります。.

エンドレスダイヤモンドワイヤーソー：サファイアブールを高速で切断

サファイアの典型的な作業には以下が含まれます：.

ブールを半分に切断する.

種子端と尾端を取り除く

• 丸いブールを四角くブロックにして後でスライスする;
• 種とヘタを取り除くこと。;
• 後でスライスするために丸いブールをブロックに四角くすること。;
• 厚い窓ガラスや光学部品のブロックを切断する。.

コストはカーフであり、サファイア切断方法間の主なトレードオフです。サファイアでは、エンドレスワイヤーのカーフは約0.6mmですが、スプールワイヤーでは約0.2mmです。ブールを1回切断する場合、その損失はわずかです。薄いウェーハを多数スライスする場合、材料を無駄にしすぎますが、いずれにしても機械は一度に1回の切断しか行いません。.

ループマシン自体は、姉妹サイトでカバーされています。 エンドレスダイヤモンドワイヤーソー, 、ワイヤーはで説明されています。 サファイア用ダイヤモンドエンドレスワイヤー.

マルチワイヤーソー：一度に数百枚のサファイアウェハーを生産

マルチワイヤーソーはループを使用しません。何千メートルものダイヤモンドワイヤーが供給スプールから供給され、長い溝付きローラーの周りに何度も巻き付けられ、2番目のスプールに巻き取られます。各溝はワイヤーの1回転を保持するため、ローラーは平行ワイヤーのウェブを運びます。ワイヤーは往復し、サファイアブロックはウェブを通してゆっくりと供給され、ウェブ内のすべてのワイヤーが同時に切断されます。.

各切断は遅いですが、スプールワイヤーはループよりもはるかに遅く切断されます。しかし、1回の実行で数百回の切断が行われるため、実行あたりの出力はすべてのサファイア切断方法の中で最も高くなります。これは、LED基板用のサファイアウェーハや薄い光学プレートをスライスするための標準的な方法です。.

カーフは、他のサファイア切断方法よりもここで重要になります。サファイアで1回の切断あたり約0.2mmであるスプールワイヤーは、ループワイヤーよりもはるかに少ない材料を除去し、その節約はブロック内のすべてのスライスで繰り返されます。カーフ損失が少ないほど、各ブールからより多くの使用可能なウェーハが得られます。.

オシレーティングマルチワイヤーマシンは、炭化ケイ素やサファイアなどの非常に硬い材料用に設計されています。Vimfun オシレーティングマルチワイヤーソー SOMIS-400は、0.10〜0.20 mmのダイヤモンドワイヤーを使用し、スプールに最大30,000 mのワイヤーを保持し、厚さ0.3〜15 mmのプレートをスライスします。私たちの マルチワイヤーソー 概要は、他のSOMモデルを比較しています。.

制限はジオメトリです。マルチワイヤーソーは、平坦で平行なスライスしか生成できません。輪郭や内側の穴を切断することはできません。.

ワイヤーウェブがウェーハの厚さを設定する方法

スライス厚はプログラムではなく、ローラーのグルーブピッチによって設定されます。ピッチは、2つの隣接するワイヤー間の距離です。各ワイヤーは1つのカーフ幅を除去し、2つの切断間に残るものがスライスです。簡単に言えば、スライス厚はグルーブピッチからカーフを引いたものです。厚さを変更するには、ローラーのグルービングを変更します。同じブロックからより多くのスライスを得るには、カーフまたはスライス厚を減らします。.

シングルワイヤー（オープンエンド）ソー：低カーフ、プロファイル、内穴加工

シングルワイヤーソーもスプールワイヤーを使用しますが、ワイヤーは長いローラーではなくガイドホイールの上を走ります。切断には1本のワイヤー長しかありません。ワイヤーは、CNCがワークピースをプログラムされたパスに沿って移動させる間に、2つのスプール間を往復します。.

他のサファイア切断方法と比較して、この設計には3つの利点があります。

• 細いカーフ。. カーフは約0.2mmで、マルチワイヤーソーイングと同じ細い切断であり、材料が高価な場合には重要です。.
• プロファイル。. ワイヤーは1本しか切断しないため、パスは直線である必要はありません。機械は曲線や輪郭をたどることができます。.
• 内側の穴。. ワイヤーはエンドループではなくオープンエンドであるため、部品の開始穴に挿入してから、内側の穴または閉じられた内部形状を切断できます。エンドレスループではこれができません。.

一般的なサファイア部品には、成形された窓、穴やスロットのある部品、不規則なブランク、および結晶のミリメートル単位がすべてカウントされる研究サンプルが含まれます。.

制限は速度です。スプールワイヤーは、エンドレスワイヤーが約3〜4時間で行う同じ200mmサファイア切断に約15〜20時間かかり、シングルワイヤーソーは一度に1回の切断を行います。サファイア切断方法の中で、ボリュームではなくジオメトリを選択するものです。Vimfun SVO-40 精密ダイヤモンドワイヤーソー は、最大400 x 400 x 300 mmのワークピースに対応します。.

各ソーがサファイア製造ラインのどこに位置するか

1. 結晶成長： 炉は大きなサファイアブールを生成します。.
2. セクショニング： エンドレスワイヤーソーが端を切り落とし、ブールをブロックに切断します。.
3. スライス： マルチワイヤーソーが各ブロックをウェーハまたは薄いプレートに変換します。.
4. 成形： シングルワイヤーソーがプロファイル、内側の穴、サンプルを切断します。.
5. 仕上げ： ウェーハと部品はに送られます。 切断および検査後の受け入れ済み出力を評価します。スループットの数値として最大ワイヤ速度を扱うのではなく、準備、ロード、アンロード、および切り替えを含めてください。下流の装置については、, 、次に研磨。.

大量基板プラントでは通常、これらのサファイア切断方法をステップごとに並行して実行します。実験室や小規模な光学ワークショップでは、これらのサファイア切断方法のいずれか（シングルワイヤーソー、または小バッチ用のコンパクトなマルチワイヤーソー）しか必要ない場合があります。完全な基板ワークフローについては、ガイドを参照してください。 サファイアのスライス.

サファイア部品に適したワイヤーソーの選び方

サファイアの切断方法の選択は、通常、次の4つの質問で決まります。

部品が2つのサファイア切断方法の間にある場合は、独自の材料でテストカットを行うのが最も早い決定方法です。Vimfunでは無料のサンプルカットを提供しているため、機械を選択する前に結果を比較できます。.

よくある質問