藍(lán)寶石襯底片切片設(shè)備淺析

秦光臨

摘 要：淺要介紹國(guó)內(nèi)主流藍(lán)寶石切片設(shè)備狀況。

關(guān)鍵詞：藍(lán)寶石；襯底片；切片；設(shè)備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.005

目前國(guó)內(nèi)藍(lán)寶石襯底片多線切片設(shè)備以日本高鳥(niǎo)（Takatori）、瑞士梅耶博格（Meyer Burger）、無(wú)錫上機(jī)為代表的三大廠家占據(jù)了國(guó)內(nèi)95%以上的市場(chǎng)份額。上述三個(gè)廠家的設(shè)備各有優(yōu)、缺點(diǎn)，結(jié)合這幾年單位多線切片設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)上述三個(gè)品牌設(shè)備的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析：

1 日本高鳥(niǎo)（Takatori）

高鳥(niǎo)藍(lán)寶石多線切片機(jī)是國(guó)際上起步最早、市場(chǎng)占有率最高的機(jī)臺(tái)，其主流型號(hào)有以下兩種：低速機(jī)型：MWS-612DD，高速機(jī)型MWS-612DN（DR）。伴隨著大尺寸藍(lán)寶石襯底片的普及，高速機(jī)型已經(jīng)成為目前廠家主推的機(jī)型。由于高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)較高的市場(chǎng)占有率，其低速機(jī)型在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)還將繼續(xù)占據(jù)半壁江山，高鳥(niǎo)機(jī)型的主要優(yōu)、劣勢(shì)如下：

（1）直徑178mm的槽輪，保證了整個(gè)線網(wǎng)的張力均勻性，其在4英寸襯底片切割后的Warp值也很好的印證了這一點(diǎn)，相對(duì)于梅耶博格機(jī)臺(tái)直徑254mm的槽輪，高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)小直徑槽輪的優(yōu)勢(shì)非常明顯，國(guó)內(nèi)多線切片的設(shè)備開(kāi)發(fā)廠家也認(rèn)識(shí)到了這點(diǎn)，新開(kāi)發(fā)的設(shè)備均傾向于采用小直徑槽輪。

（2）獨(dú)特的線網(wǎng)搖擺技術(shù)，使整個(gè)切割過(guò)程的搖擺過(guò)渡更順滑。由于切割過(guò)程的冷卻液是通過(guò)噴嘴均勻噴灑在線網(wǎng)上，伴隨線網(wǎng)的搖擺，冷卻液可以更好的接觸藍(lán)寶石襯底片的切割表面，冷卻更充分，同時(shí)，減少了鋼線自身的損耗。

在同等切割條件下，高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)可以將鋼線利用至3次線（以切4英寸襯底片為例），而梅耶博格、上機(jī)機(jī)臺(tái)只能利用至2次線。線網(wǎng)搖擺的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在切片后襯底片線切痕返工率上，高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)的線切痕返工率要比其它機(jī)臺(tái)低1.5～2.4個(gè)百分點(diǎn)。

（3）電壓+拉線式斷線報(bào)警，該斷線報(bào)警系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，采用鋼線上加12V支流電壓以及拉線式報(bào)警。在雙重報(bào)警系統(tǒng)的保護(hù)下，可以將切割過(guò)程中斷線造成的損失降至最低。對(duì)比梅耶博格的機(jī)臺(tái)，高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)從未出現(xiàn)過(guò)斷線后線網(wǎng)抽空以及大面積拉傷槽輪的情況。

（4）高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)雖然優(yōu)點(diǎn)很明顯，但是其也有比較突出的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在槽輪的前支撐機(jī)構(gòu)上，其槽輪前支撐結(jié)構(gòu)無(wú)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，軸承在運(yùn)行過(guò)程中的溫度無(wú)法監(jiān)控，不易判斷軸承的進(jìn)行情況；其它，每次更換槽輪時(shí)需要將前支撐結(jié)構(gòu)拆卸下來(lái)，對(duì)于作業(yè)人員技術(shù)水平要求較高，如果更換槽輪后前支撐結(jié)構(gòu)安裝不到位，會(huì)出現(xiàn)損壞前支撐軸承的情況，而且該現(xiàn)象發(fā)生的頻率比較高，機(jī)臺(tái)維護(hù)成本較高。

2 瑞士梅耶博格（Meyer Burger）

梅耶博格藍(lán)寶石多線切片機(jī)最早的型號(hào)是將用于切割硅片的設(shè)備加裝搖擺工件平臺(tái)后實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底片的切割，其主流型號(hào)有以下兩種：低速機(jī)型：MB265，高速機(jī)型MB288。

梅耶博格MB265（藍(lán)寶石）原廠生產(chǎn)并進(jìn)口到國(guó)內(nèi)的數(shù)量不超過(guò)10臺(tái)，國(guó)內(nèi)MB265機(jī)型主要是由原來(lái)用于多晶硅行業(yè)的舊機(jī)臺(tái)加裝搖擺工件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底片切片。由于MB265機(jī)型梅耶博格原廠已經(jīng)停產(chǎn)多年，很多的配件市場(chǎng)上已經(jīng)無(wú)法采購(gòu)，在未來(lái)的幾年內(nèi)，MB265機(jī)型將陸續(xù)退出市場(chǎng)。梅耶博格機(jī)型的主要優(yōu)、劣勢(shì)如下：

（1）機(jī)臺(tái)改造成本低，多晶硅行業(yè)閑置的MB265機(jī)臺(tái)改造成本在80萬(wàn)人民幣左右，這個(gè)價(jià)格不及高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)的1/3，有著明顯的成本優(yōu)勢(shì)。由于該型號(hào)機(jī)臺(tái)梅耶博格原廠已經(jīng)停產(chǎn)多年，廠家也不再提供技術(shù)支持，需要設(shè)備人員的技術(shù)能力相對(duì)較高。梅耶博格生產(chǎn)的MB265（多晶硅）機(jī)型在國(guó)內(nèi)數(shù)量在80臺(tái)左右，除小部分報(bào)廢外，目前還有大約60臺(tái)經(jīng)過(guò)改造后用于藍(lán)寶石襯底片切片。

（2）改造后的MB265機(jī)臺(tái)對(duì)設(shè)備維保人員要求較高，其固定、活動(dòng)軸承箱在實(shí)際使用過(guò)程中損耗較大，維修、保養(yǎng)間歇在3個(gè)月左右。（注：由于MB265機(jī)型最初是用來(lái)切割硅片的，其切割原理與藍(lán)寶石材料切割原理存在很大差異，導(dǎo)致設(shè)備維修、保養(yǎng)異常頻繁）目前需要經(jīng)常更換的部件主要是：球形面、碗形面以及驅(qū)動(dòng)塊等。

（3）梅耶博格MB265機(jī)型采用的是工件搖擺，在實(shí)際切割過(guò)程中，負(fù)載都作用在搖擺的弧形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)上，導(dǎo)致弧形導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)磨損嚴(yán)重，更換頻繁。這個(gè)現(xiàn)象在4英寸襯底片切割的過(guò)程中更加明顯。

3 無(wú)錫上機(jī)

無(wú)錫上機(jī)是國(guó)內(nèi)近幾年才起步的多線切片設(shè)備廠家，其技術(shù)人員主要來(lái)自梅耶博格國(guó)內(nèi)負(fù)責(zé)技術(shù)支持的工程師。上機(jī)的設(shè)備很多地方都是借鑒了梅耶博格設(shè)備設(shè)計(jì)思路。其開(kāi)發(fā)起步不如高鳥(niǎo)、梅耶博格，但是起點(diǎn)相對(duì)較高，無(wú)錫上機(jī)只開(kāi)發(fā)了高速機(jī)型。無(wú)錫上機(jī)機(jī)型的主要優(yōu)、劣勢(shì)如下：

（1）借鑒了高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)小直徑槽輪的優(yōu)勢(shì)，其槽輪直徑控制在180mm；同時(shí)，其槽輪結(jié)構(gòu)采用與梅耶博格MB265類似的結(jié)構(gòu)，避免了每次更換槽輪拆卸前支撐的問(wèn)題。槽輪拆卸、安裝過(guò)程比較簡(jiǎn)便，同時(shí)引入了液壓拆卸工具，保證固定槽輪的絲桿上的拉力，很好的控制了槽輪的軸向竄動(dòng)。

（2）整機(jī)采用線網(wǎng)搖擺模式，保證了切割過(guò)程的平滑過(guò)渡。（以切4英寸襯底片為例）在同等切割條件下，其切片后襯底片線切痕返工率與高鳥(niǎo)機(jī)臺(tái)持平。

（3）無(wú)錫上機(jī)機(jī)臺(tái)的主要缺點(diǎn)在于其配套的軸承箱組件質(zhì)量不穩(wěn)定，個(gè)別軸承箱組件的運(yùn)行壽命偏低。大部分的軸承箱維修保養(yǎng)周期在4000小時(shí)左右。這點(diǎn)必然會(huì)造成后期的運(yùn)行成本升高。