1 划片刀成分及特点
1.1 划片刀组成
Wafer Saw 划片刀主要由电铸镍基结合剂,金刚石/类金刚石等硬质颗粒组成。切割时由主轴带动刀片告诉旋转获得高刚性,从而去除材料实现切割。如图1
图1划片刀组成
1.2 刀仞结构特点
划片刀:刀仞近似矩形,θ接近0°,表面粗糙,有凸起的硬质颗粒和刀口,
普通刀:仞部尖锐,θ较大,表面较为光滑。如图2 对比
图2 划片刀结构特点对比
2 划片刀切割要素
2.1 高速转动
不同于普通刀具利用锋锐尖端在物体表面施加集中应力,可直接分裂物体进行切割,Wafer saw划片刀因为本身结构、材质特性,在静态或低速转动时无法实现切割,必须高速旋转获得高刚度,从而以碾碎去除材料的形式实现切割。
图3 划片刀划片机理
2.2 刀口
刀口是经磨刀后在刃部形成的,由顺刀方向硬质颗粒及其与结合剂尾端间的细微凹槽或空洞组成,根据刀片配方不同而变化。刀口具有排屑和冷却的作用,刀口的存在使刀片切割能力得以维持。
图4 刃口运动机制
3 划片刀切割机理
3.1 撞击
切割硅等硬脆性材料时,刀片依靠高速旋转使金刚石等硬质颗粒高频脉冲撞击加工物体,在表面形成微裂纹,压碎后利用刀口将碎屑带走。
3.2 刮除
切割延展性金属材料时,刀口持续刮擦物体表面,将表面拉毛,刮除,并将碎屑排除。
硬质颗粒的撞击和刀口的刮擦使材料能够从物体表面剥离,同时刀口能够将碎屑及时排除,这二者协同作用以保持物体表面材料被持续剥离,达到切割的效果。
图5 划片刀切割机理示意图
4 划片刀的磨损
基于刀片切割运动形式(高速旋转、水平进给)及工作环境(DI水(添加CO2、 diamaflow)),主要受到以下作用:
① 机械应力:法向、切向压力及切屑的摩擦力
② 热应力:摩擦导致的温升热应力
③ 化学腐蚀:切割水PH值及化学物质反应
在一般情况下刀片连续切割,主要考虑机械应力导致的磨损,以下做针对性说明。
基于划片刀组成、结构特点、运动模式和工作环境决定刀片磨损主要为硬质颗粒断裂和结合剂磨耗两种模式。
4.1 断裂
硬质颗粒在长期的撞击之下, 某些颗粒会破裂而磨损。
4.2 磨耗
切割时,持续摩擦导致硬质颗粒附件包裹的结合剂越来越少,当结合剂减少到某种程度,不足以再承受切割物体和切屑的作用力,硬质颗粒会自然脱落,暴露出新的颗粒,形成新的刀口。
刀片在磨损的同时也是再生。硬质颗粒断裂可在断裂面形成一些锐角,使刀片能够继续维持在锋利的状态,硬质颗粒会自然脱落,暴露出新的颗粒,形成新的刀口。在刀片和被切物之间,通过参数维持适当的磨损使刀片保持相对稳定的切屑力。