半導體 石英玻璃(Quartz Glass) : 極座標磨削加工

🕜 材料移除率 - 提升164倍
  • 加工困難點
  • 加工實際成效
  • 用途與產業應用
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石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工：加工痛點



石英玻璃（Quartz glass）的熱膨脹係數小，耐高溫，即便處在溫度劇烈變化的環境下，仍能維持其材料的穩定性。且石英玻璃的化學特性極其安定，是良好的耐酸材料，即使是濃度極高的酸性化學藥物，也不易受到侵蝕。石英玻璃抗壓強度高，但同時也因此具備了高硬度、易脆等特性。在半導體蝕刻製程設備中，石英環用於固定晶圓，確保晶圓在進行乾／濕蝕刻時，穩定吸附於靜電吸盤（E-Chuck，Electrostatic Chuck）上。

在CNC工具機方面，四軸極座標程式路徑計算較直角座標複雜，使得CAM加工程式生成時間長。且極座標四軸磨削，存在切削速度變化（不同半徑區域的線速度不同），需持續補償調整，增加NC程式複雜度與運算時間。同時為避免熱裂紋與崩裂，切削參數受限，難以提高加工速度，石英環的加工極為費時。

 
 

☑️ 石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工：加工資訊

 
    石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工：加工資訊　
  材料   石英玻璃（Quartz Glass）
  特徵   (極座標) 外圓側磨
  超音波刀把   　     HBT40-W01 砂輪刀把
  選用刀具   #200 D80mm 金屬法鑽石砂輪        



【全新產品－HBT40 超音波砂輪刀把】石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工



----  踏入半導體產業供應鏈的秘密武器  ----

🔹 適用於半導體先進材料之『粗磨』磨削製程
🔹 提升2至3倍整體加工效率
🔹 提升3倍以上材料移除率
🔹 大幅減少生產成本、能源消耗



產品規格
型 號   HBT40-W01-2010               
工作頻率              20 ~ 32 kHz   
最高轉速   24,000 rpm
鎖固形式   螺紋鎖固
中心出水   70 bar



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使用漢鼎HBT-40超音波砂輪刀把模組, 輔助石英玻璃極座標磨削加工
(圖1. 使用漢鼎HBT-40超音波砂輪刀把模組, 輔助石英玻璃極座標磨削加工)


 

【漢鼎超音波】石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工：測試目標 


針對石英玻璃（Quartz Glass）的超音波輔助極座標磨削加工測試，目標為在CNC四軸機台上，使用極座標（Polar Coordinates）控制旋轉工作臺，並搭配漢鼎開發之超音波砂輪刀把（使用金屬法鑽石砂輪），完成側磨-粗磨加工，並在維持穩定工件品質的前提下，提升整體材料移除率。




 

【漢鼎超音波】石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工：加工結果

 

石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工：材料移除率

使用漢鼎HBT-40超音波砂輪刀把模組, 輔助石英玻璃極座標磨削加工, 相較原製程, 得到材料移除率的大幅提升
(圖2. 使用漢鼎HBT-40超音波砂輪刀把模組, 輔助石英玻璃極座標磨削加工, 相較原製程, 得到材料移除率的大幅提升)


使用漢鼎HBT-40超音波砂輪刀把模組, 輔助石英玻璃極座標磨削加工, 相較原製程, 材料移除率提升164倍
(圖3. 使用漢鼎HBT-40超音波砂輪刀把模組, 輔助石英玻璃極座標磨削加工, 相較原製程, 材料移除率提升164倍)

 
  • 「極座標」用於涉及複雜幾何形狀和旋轉運動的操作。利用極座標控制CNC旋轉工作臺，使工件可以繞著中心軸線旋轉，實現更精密且高效率、高材料移除率的加工。
  • 同時，搭配超音波提供高頻率微振動，間接性撞擊工件後，提供砂輪冷卻及排屑空間，幫助降低磨削阻力。
  • 磨削阻力的降低，使切削參數有往上提升的空間，相較原製程，材料移除率達到164倍的提升。




 

【漢鼎超音波】石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工：超音波效益


（搭配漢鼎HBT40 超音波砂輪刀把）

🕜 材料移除率 - 提升164倍




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石英玻璃（Quartz Glass）極座標磨削加工：產業應用



石英玻璃（Quartz Glass）磨削特徵應用在半導體產業，用作石英環、聚焦環、覆蓋環（Quartz /Focus/Cover Ring）等蝕刻製程設備零件。


石英玻璃（Quartz glass），如同名字一般，是一種成分只含二氧化矽（SiO2）的特種玻璃，經常也被稱作熔融石英（fused quartz）。由於石英玻璃熱膨脹係數小，耐高溫，即便處在溫度劇烈變化的環境下，仍能維持其材料的穩定性。且石英玻璃的化學特性極其安定，是良好的耐酸材料，即使是濃度極高的酸性化學藥物，也不易受到侵蝕。石英玻璃抗壓強度高，但同時也因此具備了高硬度、易脆等特性。

由於石英玻璃具備良好的光穿透特性，不僅限於可視光，從紫外線到紅外線範圍的波長光，都能表現出很好的穿透性。這樣的特性使得石英玻璃在光學產業中，作為光學陀螺儀、稜鏡、鏡片等的理想材料。另外，石英玻璃的耐熱、耐酸、抗壓等優良特性，也讓它廣泛地被應用在半導體產業的許多製程中，像是清洗時用的石英清洗槽、擴散時用的石英擴散管、固定晶圓用的石英環等。

在半導體蝕刻製程設備中，石英環用於固定晶圓，確保晶圓在進行乾／濕蝕刻時，穩定吸附於靜電吸盤（E-Chuck，Electrostatic Chuck）上。由於石英環與晶圓片的高度接觸，因此針對內環的表面粗糙度要求甚高。內環表面粗糙度不佳，可能導致晶圓在蝕刻製程中遭受化學氣體／液體的過度腐蝕，嚴重影響產品良率。不過此種材料本身具備高硬脆性，為避免工件脆裂、崩裂，切削參數容易受到限制。


漢鼎智慧科技的超音波加工模組為新材料的加工帶來全新的解決方案！漢鼎的超音波輔助加工技術搭配新產品－超音波砂輪刀把，可以在擁有穩定的工件品質下，提升加工效率／材料移除率，為客戶降低整體生產成本。不僅符合客戶端需求之標準，更能為客戶創造出多重價值！



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