單晶硅片加工裂紋的離散元模擬及實驗研究.pdf

1、隨著micro-electro-mechanical systems（MEMS）技術的興起和發(fā)展，硅材料MEMS器件己大量應用于國防和民用產品。由于MEMS系統不可避免的進行某些機械運動或受到機械力的作用，因此對硅材料的力學性能也提出了更高的要求。一般的硅器件尺寸都非常小，此時材料力學性能呈現明顯的尺寸效應。隨著電子行業(yè)的發(fā)展和需求，大尺寸硅片的加工及單晶硅無損鏡面的加工工藝將是研究的一個熱點，而減少硅材料加工過程中的裂紋損傷則是提高表

2、面質量的難點和關鍵點。本文用離散元法動態(tài)的模擬和分析加工過程中裂紋的生成與擴展。論文的主要研究工作有：
　　 1.建立了描述單晶硅力學性能的離散元BPM（Bonded-Particle Model）模型，并采用單軸壓縮試驗、三點彎曲試驗、單邊剪切試驗、單邊切口梁試驗及單軸拉伸斷裂試驗對BPM模型進行了校準，從而得到匹配單晶硅力學性能的BPM微觀參數。
　　 2.用離散元法模擬分析硬脆材料單晶硅力學性能的尺寸效應，并驗證單

3、晶硅BPM模型的合理性。
　　 3.在所建立的單晶硅二維離散元模型上，對其壓痕試驗條件下的裂紋擴展進行了模擬，分析了不同壓痕試驗條件對裂紋擴展的影響；在進行單晶硅微切削過程的離散元模擬中,對不同加工條件下裂紋的數目及深度、切屑形成以及刀具前角的影響進行了討論；單晶硅的壓痕實驗中觀察了表面裂紋損傷，并與離散元模擬結果相比較，證明離散元模擬單晶硅壓痕裂紋擴展的合理性；單晶硅的劃痕實驗證明二維離散元模擬切削過程的合理性。