01、背景介绍

　　近期，各大自动化公司相继发布关于产品货期延长及产品涨价的通知，其根本在于芯片价格的持续暴涨及芯片供应周期的不断延长，这场持续两年之久的“缺芯潮”不仅没有得到缓解，甚至因为俄乌冲突等各方面原因的共同作用愈演愈烈。

　　作为芯片生产过程中的重要半导体原材料之一的金属硅具有熔点高(1410)、硬度大、有脆性、常温下化学性质不活泼的特性。在整个单晶硅和多晶硅从硅棒(晶锭)到芯片的制备过程中，均需要不同用途的金刚石工具参与。

　　02、金刚砂线介绍

　　金刚砂线是金刚石切割线的简称，也被称为钻石切割线或钻石线，主要用于硅片、蓝宝石、磁性材料、水晶材料等硬脆性材料切割领域。

　　半导体产业链主要包括芯片设计、代工制作、封装测试三部分。金刚砂线以其高硬度及高耐磨性，已成为硅片制造最重要的切割用具之一。

　　金刚砂线构成：

　　金刚砂线由钢丝线、铜层、金刚砂层及镀镍层组成。

　　金刚砂线相比传统切割工艺的三大优势：

　　1. 漏损少，寿命长，切割速度快，切割效率高，提升产能。

　　2. 品质受控，单片成本低，金刚砂线切割造成的损伤层小于传统工艺，有利于切割更薄的硅片。

　　3. 环保，金刚砂线使用水基磨削液(主要是水)，有利于改善作业环境，同时简化洗净等后道加工程序。

　　金刚砂线生产工艺：

　　1. 钢线拉丝机制造高强度内芯钢丝线，金刚砂线切割过程中90%的抗拉强度来自钢丝线。

　　2. 镀铜机为钢丝表面镀上铜保护壳。

　　3. 上砂机和电镀机将金刚砂附着在铜壳外层，形成金刚石微型锯齿，再镀上一层加厚镍，保证上砂质量。

　　4. 开刃机磨削金刚砂线上微型锯齿，使锯齿表层锋利，达到最佳的切割效果。

　　5. 金刚砂线成品。

　　03、金刚砂线开刃机

　　金刚砂线由于是将金刚砂电镀在钢线表层，所以切割线表面会有微型锯齿，但新生产出来的金刚砂线锯齿并不锋利，无法达到最佳的切割状态，所以需要开刃机对其锯齿进行磨削，使锯齿表面锋利，既能更高效地进行切割，也能使切割硅材料表面造成的锯痕规整。

　　金刚砂线开刃机主要分为以下三部分：

　　1. 收放卷部分：

　　使放卷辊上的金刚砂线均匀的缠绕在收卷辊上。

　　2. 排线部分：

　　控制收放卷的排线间隔。

　　3. 平台升降部分：

　　移动磨刀石，使金刚砂线打磨均匀。

　　设备工作流程：

　　1. 设备启动前需要预张紧到HMI设置的张力范围。

　　2. 设备开始加速运行到恒定速度。

　　3. 对金刚砂线进行打磨，通过卷径计算和PID调节算法，保证过线速度稳定，使金刚砂线打磨均匀。

　　4. 设备运行到HMI设置的生产公里数，减速停止。

　　04、工艺难点

　　1，放卷辊排线间距不标准，需程序自我调整。

　　2，HMI界面显示剩余长度以及剩余时间，需要程序自动计算。

　　3，收线速度需为恒定线速度(可使用计米轮信号)，无法使用理论计算速度或恒定转速生产。

　　4，整机加减速和排线换向时，保证摆杆抖动±1°以内，否则会出现断线情况。

　　05、禾川方案

　　【方案拓扑】

　　【性能指标】

　　1. 生产线径：ф0.02-ф0.5mm。

　　2. 摆杆张力：0-10N。

　　3. 生产速度<=1200m/min。

　　4. 排线间距误差± 1μm。

　　5. abs(误差)<1%。

　　【方案优势】

　　1. 采用齿轮排线，能够自动纠偏，保持排线稳定，包含梯形排线和R角补偿功能。

　　2. 触摸屏可以实时记录生产信息，通过U盘导出。

　　3. 采用X3E EtherCAT总线伺服驱动器+23位绝对值光编电机，响应快，一致性好。

　　4. 使用共直流母线技术，收放卷轴在制动过程中产生的再生能源能够被合理利用和回收，实现节能环保。

　　5. 采用Q系列PAC，总线周期1ms，实现更精准的卷径计算和张力控制，减少短线率。