01、背景介紹

　　近期，各大自動化公司相繼發布關于產品貨期延長及產品漲價的通知，其根本在于芯片價格的持續暴漲及芯片供應周期的不斷延長，這場持續兩年之久的“缺芯潮”不僅沒有得到緩解，甚至因為俄烏沖突等各方面原因的共同作用愈演愈烈。

　　作為芯片生產過程中的重要半導體原材料之一的金屬硅具有熔點高(1410)、硬度大、有脆性、常溫下化學性質不活潑的特性。在整個單晶硅和多晶硅從硅棒(晶錠)到芯片的制備過程中，均需要不同用途的金剛石工具參與。

　　02、金剛砂線介紹

　　金剛砂線是金剛石切割線的簡稱，也被稱為鉆石切割線或鉆石線，主要用于硅片、藍寶石、磁性材料、水晶材料等硬脆性材料切割領域。

　　半導體產業鏈主要包括芯片設計、代工制作、封裝測試三部分。金剛砂線以其高硬度及高耐磨性，已成為硅片制造最重要的切割用具之一。

　　金剛砂線構成：

　　金剛砂線由鋼絲線、銅層、金剛砂層及鍍鎳層組成。

　　金剛砂線相比傳統切割工藝的三大優勢：

　　1. 漏損少，壽命長，切割速度快，切割效率高，提升產能。

　　2. 品質受控，單片成本低，金剛砂線切割造成的損傷層小于傳統工藝，有利于切割更薄的硅片。

　　3. 環保，金剛砂線使用水基磨削液(主要是水)，有利于改善作業環境，同時簡化洗凈等后道加工程序。

　　金剛砂線生產工藝：

　　1. 鋼線拉絲機制造高強度內芯鋼絲線，金剛砂線切割過程中90%的抗拉強度來自鋼絲線。

　　2. 鍍銅機為鋼絲表面鍍上銅保護殼。

　　3. 上砂機和電鍍機將金剛砂附著在銅殼外層，形成金剛石微型鋸齒，再鍍上一層加厚鎳，保證上砂質量。

　　4. 開刃機磨削金剛砂線上微型鋸齒，使鋸齒表層鋒利，達到最佳的切割效果。

　　5. 金剛砂線成品。

　　03、金剛砂線開刃機

　　金剛砂線由于是將金剛砂電鍍在鋼線表層，所以切割線表面會有微型鋸齒，但新生產出來的金剛砂線鋸齒并不鋒利，無法達到最佳的切割狀態，所以需要開刃機對其鋸齒進行磨削，使鋸齒表面鋒利，既能更高效地進行切割，也能使切割硅材料表面造成的鋸痕規整。

　　金剛砂線開刃機主要分為以下三部分：

　　1. 收放卷部分：

　　使放卷輥上的金剛砂線均勻的纏繞在收卷輥上。

　　2. 排線部分：

　　控制收放卷的排線間隔。

　　3. 平臺升降部分：

　　移動磨刀石，使金剛砂線打磨均勻。

　　設備工作流程：

　　1. 設備啟動前需要預張緊到HMI設置的張力范圍。

　　2. 設備開始加速運行到恒定速度。

　　3. 對金剛砂線進行打磨，通過卷徑計算和PID調節算法，保證過線速度穩定，使金剛砂線打磨均勻。

　　4. 設備運行到HMI設置的生產公里數，減速停止。

　　04、工藝難點

　　1，放卷輥排線間距不標準，需程序自我調整。

　　2，HMI界面顯示剩余長度以及剩余時間，需要程序自動計算。

　　3，收線速度需為恒定線速度(可使用計米輪信號)，無法使用理論計算速度或恒定轉速生產。

　　4，整機加減速和排線換向時，保證擺桿抖動±1°以內，否則會出現斷線情況。

　　05、禾川方案

　　【方案拓撲】

　　【性能指標】

　　1. 生產線徑：ф0.02-ф0.5mm。

　　2. 擺桿張力：0-10N。

　　3. 生產速度<=1200m/min。

　　4. 排線間距誤差± 1μm。

　　5. abs(誤差)<1%。

　　【方案優勢】

　　1. 采用齒輪排線，能夠自動糾偏，保持排線穩定，包含梯形排線和R角補償功能。

　　2. 觸摸屏可以實時記錄生產信息，通過U盤導出。

　　3. 采用X3E EtherCAT總線伺服驅動器+23位絕對值光編電機，響應快，一致性好。

　　4. 使用共直流母線技術，收放卷軸在制動過程中產生的再生能源能夠被合理利用和回收，實現節能環保。

　　5. 采用Q系列PAC，總線周期1ms，實現更精準的卷徑計算和張力控制，減少短線率。