Minimierung von Untergrundschäden (SSD) beim Diamantdrahtschneiden

Einleitung: Die “versteckten” Kosten der Kürzung

In der Präzisionsfertigung wird der Schneidprozess oft nur als erster Schritt betrachtet. Erfahrene Verfahrenstechniker wissen jedoch, dass der Schnitt die Kosten aller nachfolgenden Schritte bestimmt.

Wenn ein Diamantdraht ein hartes Material wie Siliciumcarbid (SiC) oder Optisches Glas, Es trennt das Material nicht nur, sondern beschädigt auch die Oberfläche. Diese Beschädigung tritt in zwei Formen auf:

Oberflächenrauheit (Ra): Die sichtbaren Gipfel und Täler an der Oberfläche.
Untergrundschäden (SSD): Die unsichtbaren Mikrorisse und Spannungsrisse, die sich tief ausdehnen hinein das Material.

Die Oberflächenrauheit lässt sich zwar leicht messen, Untergrundschäden (SSD) Das ist der stille Gewinnkiller. Wenn Ihr Schneidprozess tiefe Mikrorisse (z. B. 20 µm tief) erzeugt, müssen Sie mindestens 25 µm des teuren Materials abschleifen, um diese zu entfernen, bevor Sie mit dem Polieren beginnen können.

Dieser Artikel untersucht die Physik der SSD und zeigt, wie der Wechsel von Säbelsägen zu Endlose Schleife Diamantdrahtschneiden kann die SSD-Tiefe um bis zu 50% reduzieren, wodurch die Kosten der Nachbearbeitung drastisch gesenkt werden.

1. Was versteht man unter Untergrundschäden (SSD)?

Um das Problem zu lösen, müssen wir es zunächst definieren.

Wenn ein Diamantkorn in ein sprödes Material eindringt, entsteht direkt unter dem Kratzer eine “plastische Zone”. Darunter befindet sich, Mittelstreifenrisse und Seitliche Risse Sie breiten sich in das Grundmaterial aus. Dieses Netzwerk unsichtbarer Brüche bildet die SSD-Schicht.

Die “Eisberg”-Analogie

Das Verhältnis zwischen sichtbarer Rauheit und verdeckten Schäden wird oft mit einem Eisberg verglichen.

Oberflächenrauhigkeit (Ra) ist die Spitze, die über die Wasseroberfläche ragt – das, was man sehen und leicht messen kann.
SSD ist die massive Eisstruktur unter Wasser. Sie ist typischerweise 3- bis 5-mal tiefer als der Ra-Wert.

Wenn man eine Oblate so lange poliert, bis sie Aussehen Wird die Oberfläche zwar glänzend, aber die SSD-Schicht nicht vollständig entfernt, wird der Wafer wahrscheinlich bei der nachfolgenden Wärmebehandlung ausfallen oder, im Falle von Optiken, Laserlicht streuen. Daher ist das Ziel des Slicings nicht nur die “Geometrie” (Ebenheit), sondern auch die “Integrität” (geringe SSD).

2. Der Übeltäter: Warum Säbelsägen tiefe SSDs verursachen

Traditionelle Mehrdraht- oder Säbelsägen sind der Industriestandard für die Massenproduktion, weisen aber systembedingte mechanische Mängel auf, die die Schadenstiefe erhöhen.

1. Der Umkehrschock (Der “Stop-and-Go”-Effekt)

Eine Stichsäge bewegt den Draht vorwärts, stoppt und bewegt sich rückwärts.

Im exakten Moment der Umkehr (Nullgeschwindigkeit) “verweilt” der Draht im Schnitt.
Die Maschinenschwingungen erreichen ihren Höhepunkt während dieses Richtungswechsels.
Ergebnis: Dies erzeugt tiefe “Verweilmarken” oder “Drahtspuren” auf der Waferoberfläche. Diese Spuren sind im Wesentlichen tiefe Bruchrillen, die ein intensives Läppen zum Entfernen erfordern.

2. Bidirektionales Kratzen

Stellen Sie sich vor, Sie schleifen ein Stück Holz ab. Wenn Sie dabei aggressiv hin und her schrubben, reißen Sie die Fasern quer zur Maserung ein.

Hin- und hergehende Drähte zerkratzen das Kristallgitter in zwei entgegengesetzten Richtungen. Diese “Kreuzung” der Spannungsvektoren begünstigt die Ausbreitung von Rissen tiefer in das Material.
Lose Schleifpaste (wie sie in älteren Sägen verwendet wurde) ist noch schlimmer, da sie eher wie ein Hagel winziger Hämmer als wie ein Schneidwerkzeug wirkt.

3. Die Lösung: Unidirektionales Endlosschleifen-Slicing

Vimpuns Endlosschleifentechnologie verändert die Physik des Schnitts von “Sägen” zu “Präzisionsschleifen”.”

Dieses Prinzip der unidirektionalen Bewegung wird in unserem ausführlich erläutert. Ingenieuranalyse des Endlosschleifenschneidens.

1. Kontinuierliche Bewegung (keine Umkehrung)

Der Draht bewegt sich in eine Richtung mit konstanter hoher Geschwindigkeit (bis zu 60 m/s).

Keine Verweilmarken: Da der Draht nie stoppt, gibt es keine “Zögerungsspuren” an der Oberfläche.
Gleichmäßiges Kratzmuster: Die Diamantkörner greifen in einer einzigen, gleichmäßigen Richtung in das Material ein. Dadurch entstehen parallele, flache Rillen anstelle von chaotischen, tiefen Brüchen.
Poliervorteil: Parallele Kratzer lassen sich deutlich einfacher und schneller auspolieren als zufällige, bidirektionale Kratzer.

2. Geringe Vibration = Geringe Belastung

Die SSD-Tiefe ist proportional zur Kraft des Diamantaufpralls.

Da der Endloskreislauf die hohe Trägheit einer hin- und hergehenden Trommel vermissen lässt, arbeitet er mit Mikrovibration (<10µm).
Der Draht gleitet durch das Material, anstatt es zu bearbeiten. Dieser “Schneidmodus mit geringer Kraft” gewährleistet, dass Mikrorisse flach und nahe der Oberfläche bleiben.

4. Datenvergleich: Hin- und Herbewegung vs. Endlosschleife

Die folgende Tabelle verdeutlicht die Unterschiede in den Oberflächenqualitätskennzahlen zwischen den beiden Technologien.

Metrisch	Hin- und Herbewegung Drahtsäge	Vimfun Endlos-Schleifensäge	Der Vimmun-Vorteil
Bewegungsart	Bidirektional (Stop-Start)	Unidirektional (kontinuierlich)	—
Drahtmarkierungen	Sichtbar (Umkehrlinien)	Keine (einheitlich matt)	Hochwertige Verarbeitung
Oberflächenrauhigkeit (Ra)	0,8 µm – 1,2 µm	0,4 µm – 0,6 µm	2x glatter
SSD-Tiefe (Mikrorisse)	15 µm – 20 µm	5 µm – 8 µm	Schaden um 60% reduziert
Runden erforderlich	Es müssen etwa 30 µm entfernt werden.	Es müssen etwa 10 µm entfernt werden.	Schnellere Verarbeitung
Nachbearbeitungszeit	Ausgangswert (z. B. 60 Minuten)	Reduziert (z. B. 20 Minuten)	3x schnellerer Durchsatz

Testbedingungen: Die Daten basieren auf dem Schneiden von Standard-Glasblöcken der optischen Güteklasse BK7 (100 mm x 100 mm) mit einem 0,25 mm Diamantdraht. Vorschubgeschwindigkeit: 15 m/s vs. Endlosschleifengeschwindigkeit: 50 m/s.

Wichtigste Erkenntnis des Verfahrenstechnikers: Durch den Wechsel zum endlosen Schleifen-Slicing lässt sich oft Folgendes erreichen: Das “Grobschleifen” (Läppen) überspringen Sie können den gesamten Arbeitsschritt durchführen und direkt zum “Feinpolieren” übergehen, wodurch sich Ihre Gesamtzykluszeit um mehr als die Hälfte verkürzt.

5. Anwendungsschwerpunkt: Wo SSD am wichtigsten ist

A. Optisches Glas und Kristalle

In der Optik ist SSD ein Killer.

Das Problem: Wenn eine Linse tiefe Mikrorisse aufweist, wird sie beim Beschichtungsprozess versagen oder bei Hochleistungslaseranwendungen das Licht streuen.
Der Vorteil: Durch das endlose Schneiden von Drähten entsteht eine so glatte Oberfläche (Ra < 0,5 µm), dass die Schnittfläche bei vielen Infrarot- oder nichtabbildenden Optiken nahezu die Endform aufweist. Dadurch wird das Risiko von Kantenausbrüchen minimiert, die eine häufige Form von Makro-SSDs darstellen.

B. Siliziumkarbid (SiC)-Wafer

SiC ist extrem hart und teuer.

Das Problem: Herkömmliche Sägen hinterlassen eine Wölbung und eine tiefe Beschädigungsschicht. Um dies zu beheben, müssen die Hersteller den Wafer dicker schneiden (z. B. 500 µm), nur um ihn anschließend auf 350 µm abzuschleifen. Dadurch gehen 150 µm wertvolles Kristallmaterial verloren.
Der Vorteil: Durch die geringe Dicke des SSD-Verfahrens beim endlosen Drahtschneiden kann der Wafer dünner geschnitten werden (z. B. 400 µm), da nur 50 µm abgetragen werden müssen, um die endgültige Spezifikation zu erreichen. Dies führt effektiv dazu, dass der Wafer dünner geschnitten werden kann (z. B. 400 µm), da nur 50 µm abgetragen werden müssen. erhöht die Anzahl der Wafer Man kann aus einem einzigen Barren etwas gewinnen.

6. So optimieren Sie die minimale SSD-Nutzung

Selbst mit einer endlosen Drahtsäge kommt es auf die Parameter an. So erzielen Sie einen spiegelglatten Schnitt:

Hohe Geschwindigkeit, geringer Vorschub: Führen Sie den Draht mit maximaler Geschwindigkeit (50–60 m/s), halten Sie aber die Vorschubgeschwindigkeit gering. Dadurch wird die Spanbelastung pro Diamant reduziert und der Schnitt schonender.
Feinkörniger Draht: Verwenden Sie einen Draht mit kleineren Diamanten (z. B., D46 oder D35). Zwar schneidet es etwas langsamer, aber die erzeugten Einkerbungen sind flacher, wodurch die SSD-Tiefe direkt verringert wird.
Präzisionsspannung: Stellen Sie sicher, dass die pneumatische Spannung stabil ist. Spannungsschwankungen verursachen Vibrationen des Drahtes, die das Material beschädigen und Risse vertiefen.

Fazit: Hören Sie auf, Ihre Gewinne durch harte Arbeit zu verspielen.

In der risikoreichen Welt der Halbleiter- und Optikfertigung ist ein schneller Schnitt, der tiefe Beschädigungen verursacht, ein Trugschluss. Er verlagert lediglich die Kosten – und das Risiko – auf die Schleifabteilung.

Durch die Annahme Endlose Schleife Diamantdrahtschneiden, Sie gehen das Problem an der Wurzel an. Die unidirektionale, vibrationsarme Schneidwirkung erzeugt eine Oberfläche mit minimalen Unebenheiten. Untergrundschäden (SSD).

Lassen Sie nicht zu, dass Deep SSD Ihre Gewinnmargen auffrisst.

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3. FAQ-Bereich (FAQ-Schema)

Frage 1: Was ist der Unterschied zwischen Oberflächenrauheit (Ra) und Untergrundschäden (SSD)? Ra misst die sichtbare Oberflächenstruktur (Erhebungen und Vertiefungen). SSD misst die unsichtbaren Mikrorisse unter der Oberfläche. SSD ist typischerweise viel tiefer als Ra und gibt an, wie viel Material abgetragen werden muss, um die Bauteilintegrität zu gewährleisten.

Frage 2: Kann endloses Drahtschneiden das Polieren überflüssig machen? Für einige Anwendungen (wie Solarziegel oder Strukturkeramik) ja. Bei Präzisionsoptiken oder Halbleitern ist Polieren weiterhin erforderlich, aber durch das endlose Drahtschneiden kann der aufwändige Grobschleifvorgang übersprungen und der Polierzyklus deutlich verkürzt werden.

Frage 3: Warum erzeugt unidirektionales Schneiden bessere Oberflächen als oszillierendes Schneiden? Die Hin- und Herbewegung erzeugt einen ruckartigen “Stop-Start”-Effekt, der tiefe Risse und bidirektionale, kreuzförmige Kratzer verursacht, die schwer zu entfernen sind. Das Schneiden in eine Richtung ist kontinuierlich und erzeugt gleichmäßige, flache, parallele Kratzer, die sich leicht auspolieren lassen.