金剛石線鋸應用中的若干問題探討

2018/12/10 來源:網絡轉載 點擊量：

 由于游離磨料線切割過程中工件主要通過磨粒來實現去除的，因此磨粒在加工過程中的運動方式和力學行為決定了材料切割去除機理、加工效率、加工精度和加工質量，磨粒力學行為已成為游離磨料線切割技術的重要研究方向。
     選擇電鍍金剛石線鋸作為鋸切工具，對單晶硅進行了鋸切實驗，利用掃描電子顯微鏡對切割的硅片表面進行了觀察，系統研究了鋸切硅片表面產生的缺陷與鋸切工藝參數之間的關系，其結果為獲得高質量的鋸切工藝，進一步優化工藝參數，提供了實驗參考依據。
    2.切割硅磨粒的力學行為
2.1理論模型的研究
目前，游離磨料線切割硅晶體過程中磨粒力學行為的理論模型主要是在脆性材料壓痕斷裂理論的基礎上建立的，主要包括壓入力學模型、流體滾動力學模型、切削變形力學模型三大類。
2.1.1.壓入力學模型
美國紐約州立大學YangF.KaoI等認為，游離磨料線鋸切割過程中，磨粒以滾壓-嵌入和刮擦-嵌入兩種方式去除材料。
2.1.2.流體動壓滾動力學模型
德國弗萊貝格工業大學Moller在I.Sao的基礎上，建立了磨粒滾動模型，將滾動磨粒的加工狀態分為兩種模式：半接觸和非接觸模式。
瑞士HCT公司Nasch等人認為，在線切割過程中，切割區域存在兩種不同流體潤滑機制：流體動壓潤滑和彈性流體動壓潤滑，并認為流體動壓潤滑作用推動存在于切割線與加工表面之間的切割液間相互作用，形成大的速度梯度，而彈性流體潤滑僅存在于磨粒與工件接觸的高壓區域。
上海大學程志華在Moller的研究基礎上，通過對表面加工的觀察，提出了"滾--刻"、"滾--刻--削"多磨?；旌霞庸つＰ汀?br style="margin: 0px; padding: 0px; color: rgb(73, 73, 73); font-size: 14px;" /> 2.1.3.切削變形力學模
電子四十五所靳永吉在山東大學高偉、孟劍鋒對固結磨料線切割的力學模型分析基礎上，對游離磨料切割加工過程中的鋸切力進行了分析。認為切向力和法向力都由切削變形力和摩擦力兩部分組成，并分別計算對應部分力的大小。根據體積不變理論，得出了單顆粒磨粒受力與切割工藝參數的關系。
研究結果表明，在壓入硅晶體一定深度時，隨著磨粒間距的減小，所需的壓入載荷增大；對于一定載荷，磨粒間距越小壓入深度增大。卸載后，磨粒間距越小其彈性恢復能力越強，從而產生橫向裂紋增大，材料去除率提高。

2.2.力學行為的實驗研究
通過游離磨料線切割實驗與理論對比驗證不同的磨粒所處的加工狀態。實驗研究發現，在一定走絲速度下（2.5m/s,6.5m/s），材料的去除率與切割線的載荷成線性關系，如圖1所示。進一步研究發現，當采用恒定的材料去除率加工時，通過改變走絲速度時線的載荷卻不與之成線性關系。而Bidille通過實驗發現，在同一加工條件下，切割線正下方的工作表面質量比側面的要高。
3.表面缺陷與鋸絲磨損分析
3.1單晶硅表面缺陷
研究結果顯示，電鍍金剛石線鋸鋸切單晶硅的表面缺陷，主要有較長較深的溝槽，較淺的斷續劃痕，材料脆性去除留下的表面破碎及個別較大較資深的凹坑。
3.2走線速度對鋸切表面缺陷的影響
工件進給速度為6.25靘/s,采用不同的走線速度鋸切單晶硅產生的表面缺陷。當走線速度為1.0靘/s時，鋸切表面存在明顯的脆性斷裂、破碎和凹坑，使表面呈現大量凹坑交錯的形貌。
保持走線速度不變，當鋸絲速度1.0靘/s增大到1.5靘/s時，鋸切表面依然存在大量脆性破碎，但破碎凹坑的尺寸及深度減小，鋸切表面出現了部分塑性剪切形成的溝槽。此時加工表面的材料的去除依然以脆性為主，磨粒塑性剪切或犁耕作用形成的溝槽在加工表面為輔。此時鋸切材料的表面缺陷同時存在破碎與塑性劃痕，脆性破碎的深度要大于塑性劃痕。鋸絲速度由1.5m/s增大到2.0m/s時，晶片的表面缺陷并沒有明顯的變化。
3.3工件進給速度對鋸切表面缺陷特征的影響
走絲速度為1.5m/s時，采用不同的工件進給速度鋸切單晶硅產生的表面缺陷。工件進給速度為6.25靘/s時，鋸切表面存在大量脆性破碎的同時，出現了部分塑性剪切形成的溝槽。
當工件進給速度降低到2.5靘/s時，加工表面出現較多的塑性剪切或微切削形成的淺溝槽，但表面同樣也存在許多脆性斷裂和微破碎。當工件進給速度進一步降低到1.0靘/s時，鋸切材料去除時的塑性域剪切和微切削作用為主。如當工件進給速度為1.0靘時，根據觀察的鋸切表面缺陷形式與特征，加工表面材料的去除出現了較大范圍的塑性剪切，是材料去除的主要方式。材料主要求依靠磨粒對工件的剪切作用和微切削而得以去除，去除的機理主要是以塑性剪切切削機理為主。