「鑽石」只是個談情說愛的玩意?

我小的時候在學校裡要做木工,做完以後常常用一張砂紙使得做好的木器光滑。在機械業很多零組件也都要相當光滑的,因此也就需要所謂的砂輪來做研磨的工具。我最近發現台灣有廠商製造以鑽石為主要材料之工具,當然這種鑽石不是伊莉莎白泰勒戴的鑽石,而是工業用鑽石,非常硬,鑲在砂輪的表面上當然就可以成為一種非常好的研磨工具。這種研磨工具都是裝在一些工具機上用的。

photo credit: Harpreet Padam via FREEIMAGES CC BY 2.0

 

我們很多的積體電路在封裝的時候需要導線,可是想見的是這種金屬線一定非常之細,因為積體電路本身就是非常小的東西。這種金屬線的直徑有時要在18微米(1微米等於1百萬分之一米),這種細線就是可以用鑽石眼模來製造的(圖一)

圖一

 

原來的金屬線當然是很粗的,金屬線經過像圖一這樣的鑽石眼模,使用伸線機拉伸,粗線就變細一點。當然這不可能一下子就到達18微米,必須經過好幾次這樣的研磨,最後就可以到達18微米。

我們再看一個工具,這是用來切割晶圓的。晶圓是很硬的物體,我們切下去以後不能有崩邊的現象,所謂崩邊,可想而知就是邊緣有不平的現象。因此我們必須要有一把相當鋒利的刀(如圖二)。

圖二

 

這把圓形的刀當然是裝在某一個切割機上,使它旋轉同時往一個方向直線前進,當然就可以有切割的作用。刀片必須非常薄,目前我所看到的這把刀的厚度最小可以是10幾微米。刀的邊緣上鑲有鑽石,因為刀片相當地薄,邊緣又鑲了鑽石,所以切割起來是不會有崩邊現象的。

也有一種刀是所謂的單晶切割刀,那就是一個單晶鑽石經過研磨以後,本身就變成一把刀。當然有刀鋒,也是相當銳利的(如圖三)。刀當然不是用人工操作的,也是裝在工具機上

圖三

 

這種單晶刀往往是用來切削光學鏡片,鏡片當然必須絕對地光滑,不能起伏不平,因此這種刀具也有其特別規格(圖四)。

圖四

 

如果我們將這個刀具的刀鋒放在顯微鏡下放大一千倍,當然就會發現刀鋒也不是絕對地平滑,總有一些地方突出一點,因此我們的規格就是最高點和最低點的距離不能超過100奈米(1奈米等於10億分之一米),如此才能供給精密工具機用。

也許大家會問,鑲鑽石有沒有什麼學問?這當然是有的,要將鑽石鑲嵌到一個工具的表面上,必須經過一些化學工程的程序,所用的材料以及火候等等都不能有所差池,否則鑽石可能不均勻,甚至可能會掉落。這些技術就是關鍵性技術,也是這種公司的商業機密。一家這類公司之所以能夠成功,就是因為他們在這一方面做了很多的研究工作,使他們握有這種關鍵性技術。至於如何使刀鋒變得非常平滑,那更加是因為他們的工程師有很多的經驗,別人要趕上是不容易的。

我們國家一定要往精密工業的方向前進,精密的設備必須依靠精密的零組件,而精密的零組件又必須依靠精密的工具。鑽石工具就是一種精密的工具。我們應該感到高興的是,我們國家有這一種技術,但是我們也必須要承認,有些先進國家有更新更精密的鑽石砂輪,所以我們一方面要感謝這些工程師的努力,也要鼓勵這些工程師接受挑戰,更上一層樓,使得我國的鑽石砂輪更加精密

 

 

(本文經李家同教授同意授權「鑲有鑽石的工具」)

 

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