游離磨料線切割中磨粒的力學(xué)行為及其對(duì)切割表面質(zhì)量的影響研究.pdf

1、IC、PV和LED產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)大尺寸硅晶片加工提出了新的要求，需要對(duì)現(xiàn)有硅晶片主流切片技術(shù)——游離磨料線切割進(jìn)行分析和建模，從而更好的滿足現(xiàn)代工業(yè)中對(duì)質(zhì)量、效率、生產(chǎn)力和成本效益的要求。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)游離磨料線切割做了很多研究，而針對(duì)磨粒的“滾壓—嵌入”過程中力學(xué)行為及工藝參數(shù)對(duì)其影響的研究較少。
　　 本文基于準(zhǔn)靜態(tài)下脆性材料壓痕斷裂力學(xué)模型，考慮游離磨料線切割過程中磨粒處于全接觸狀態(tài)的“滾壓—嵌入”運(yùn)動(dòng)方式，對(duì)切割過程中磨

2、粒的力學(xué)行為建模。在建模的過程中，首先從單顆磨粒的運(yùn)動(dòng)方式和受力分析出發(fā)，建立了單顆磨粒的滾壓力學(xué)模型；然后分析切割區(qū)域內(nèi)磨粒的力學(xué)行為，考慮磨粒沿切割線徑向和軸向分布。根據(jù)磨粒的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，將磨粒分為有效磨粒數(shù)和瞬時(shí)有效磨粒數(shù)，并考慮去除工件材料所需最少滾壓次數(shù)的影響，推導(dǎo)了瞬時(shí)有效磨粒數(shù)及磨粒平均受力與走絲速度、進(jìn)給速度、張緊力、磨料粒徑、切割液濃度、切割區(qū)域長(zhǎng)度的計(jì)算公式，數(shù)值仿真了瞬時(shí)有效磨粒數(shù)、磨粒的平均法向力和切向力隨主要工藝

3、參數(shù)的變化規(guī)律。最后建立了表面粗糙度RZ與各主要工藝參數(shù)的關(guān)系式，從而對(duì)磨粒“滾壓—嵌入”過程中的表面粗糙度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型對(duì)游離磨料線切割單晶硅表面粗糙度RZ預(yù)測(cè)的可行性，分析各主要工藝參數(shù)下偏差產(chǎn)生的原因。最后，通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)游離磨料線切割的硅片表面質(zhì)量進(jìn)行工藝優(yōu)化，運(yùn)用極差分析法找出各因素的主次關(guān)系，推出較為優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件、工藝的最優(yōu)水平組合。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)瞬時(shí)有效磨粒數(shù)隨走絲速度、張緊力

4、、切割液濃度的增大而增大，隨工件進(jìn)給速度、磨料粒徑、切割區(qū)域長(zhǎng)度的增大而減??；瞬時(shí)有效磨粒數(shù)的減小使單顆磨粒的平均受力增大，兩者呈反比關(guān)系。
　　 (2)張緊力對(duì)瞬時(shí)有效磨粒起著決定作用，磨料粒徑在很大程度上決定了磨粒的平均受力大小。單顆磨粒的平均受力很小，不足以使工件材料產(chǎn)生體積破碎，游離磨料線切割材料去除機(jī)理以赫茲破碎為主。
　　 (3)硅片表面粗糙度RZ隨著走絲速度、切割線張緊力、切割液濃度的增大而降低，隨著工件進(jìn)