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《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)》2017年
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硅片超声锯切机理及断面损伤的研究

沈剑云  
【摘要】:单晶硅广泛应用于集成芯片以及光伏发电等领域。在这些器件的生产过程中,单晶硅的切片分割工艺是元器件制备过程中的重要加工工艺,锯切过后的产生损伤将会直接被包裹并残留于工件上。所以锯切加工工艺造成的损伤程度的大小直接影响着工件的质量。而超声加工作为一种特种加工方法,有利于减少脆性材料加工中的损伤,同时对脆性材料具有其独特的加工优势。本研究利用径向超声切割工具对单晶硅进行锯切加工研究,系统的研究了超声振动对锯切过程的影响,同时通过实验研究分析了超声振动对加工后硅片切割断面的损伤情况,进而为超声切割单晶硅技术提供更多的实验与理论依据。主要研究内容如下:(1)建立了超声辅助锯切单晶硅片的单颗磨粒的运动学模型,并且通过对该运动模型的分析建立了单颗磨粒运动的轨迹方程、速度与加速度方程。经比较可知,在超声作用下的磨粒运动轨迹的长度要大于普通锯切时的磨粒轨迹长度,且随着超声振动的周期性作用磨粒的运动速度以及加速度都会成周期性的变化。该变化会造成磨粒对工件材料的冲击作用。通过对磨粒的运动轨迹仿真分析,得出在单位时间内超声锯切的材料去除量较大。(2)通过进行超声辅助锯切单晶硅片实验研究,结果表明在相同加工参数下超声锯切产生的切削力要小于普通加工,其原因主要是因为超声振动使得磨粒对工件产生冲击,使工件材料发生破碎且更易被去除。而且由于切削力降低,超声辅助锯切单晶硅片过程中的所产生的崩边尺寸要小于普通加工产生的崩边。(3)通过对锯切加工硅片所形成断面进行分析,建立了超声辅助锯切断面形成的模型,经分析认为,法向力F_n对于断面的损伤形成起主要的作用。通过对断面的观察,超声辅助锯切所产生断面上的磨粒划痕呈现交错的波浪形轨迹,而普通划切过程中产生的是直线型的轨迹。且由于超声作用使切削力降低,超声锯切硅片断面的表面粗糙度值较小。(4)通过对超声锯切过程的分析,建立了超声振动作用下的损伤形成模型,并通过两种实验方法测得的超声锯切断面的损伤层深度,对断面损伤的形成机制进行了分析,随后利用化学蚀刻法与截面抛光法分别对单晶硅的断面损伤进行了检测,两组实验结果表明,超声锯切所产生的断面损伤层深度较小。最后建立了以切割断面粗糙度来估算损伤层深度的计算模型,利用它来计算断面的损伤层深度。
【作者单位】:华侨大学机电及自动化学院
【分类号】:TB559;TN305.1

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