單晶硅片加工裂紋的離散元模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著micro-electro-mechanical systems（MEMS）技術(shù)的興起和發(fā)展，硅材料MEMS器件己大量應(yīng)用于國(guó)防和民用產(chǎn)品。由于MEMS系統(tǒng)不可避免的進(jìn)行某些機(jī)械運(yùn)動(dòng)或受到機(jī)械力的作用，因此對(duì)硅材料的力學(xué)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(shí)材料力學(xué)性能呈現(xiàn)明顯的尺寸效應(yīng)。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(gè)熱點(diǎn)，而減少硅材料加工過程中的裂紋損傷則是提高表

2、面質(zhì)量的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。本文用離散元法動(dòng)態(tài)的模擬和分析加工過程中裂紋的生成與擴(kuò)展。論文的主要研究工作有：
　　 1.建立了描述單晶硅力學(xué)性能的離散元BPM（Bonded-Particle Model）模型，并采用單軸壓縮試驗(yàn)、三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、單邊剪切試驗(yàn)、單邊切口梁試驗(yàn)及單軸拉伸斷裂試驗(yàn)對(duì)BPM模型進(jìn)行了校準(zhǔn)，從而得到匹配單晶硅力學(xué)性能的BPM微觀參數(shù)。
　　 2.用離散元法模擬分析硬脆材料單晶硅力學(xué)性能的尺寸效應(yīng)，并驗(yàn)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(duì)其壓痕試驗(yàn)條件下的裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了模擬，分析了不同壓痕試驗(yàn)條件對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響；在進(jìn)行單晶硅微切削過程的離散元模擬中,對(duì)不同加工條件下裂紋的數(shù)目及深度、切屑形成以及刀具前角的影響進(jìn)行了討論；單晶硅的壓痕實(shí)驗(yàn)中觀察了表面裂紋損傷，并與離散元模擬結(jié)果相比較，證明離散元模擬單晶硅壓痕裂紋擴(kuò)展的合理性；單晶硅的劃痕實(shí)驗(yàn)證明二維離散元模擬切削過程的合理性。