亚固结磨料线锯切割过程磨粒运动状态实验研究

论文摘要

硅片切割作为硅片加工工艺流程的关键工序,其加工效率和加工质量直接关系到整个硅片生产的全局。目前,硅片切割领域占主导地位的是线锯切割,根据磨粒与锯丝的结合情况,线锯分为游离磨料线锯和固结磨料线锯。游离磨料线锯虽然价格低廉,但切割效率较低；固结磨料线锯切割效率明显提高,由于其制作成本高昂,至今没有得到广泛应用。国内外学者对于游离磨料线锯的切割机理研究有一定共识,将切割区域中磨粒的运动状态分为两类：一类是磨粒同时与锯丝和工件直接接触,称之为“半接触状态”；另一类为既不和锯丝接触也不和工件接触,称之为“非接触状态”。研究认为处于“半接触状态”的磨粒在锯丝的带动下对工件表面进行“耕犁”方式去除,而“非接触状态”磨粒通过滚动和碰撞的方式对材料进行去除。处于“非接触状态”下磨粒对材料去除的贡献是次要的,起主要作用的为“半接触状态”磨粒。为了结合两者的优点,通过对游离磨料锯丝表面的改造,以增加线锯切割过程中“半接触状态”磨粒的数量,是提高锯丝切割效率的有效解决方式之一。本文主要工作如下：1.基于固结磨料线锯与游离磨料线锯切割机理的比较及分析,阐述了线锯切割的新方法——亚固结磨料线锯。2.搭建了可用于观测线锯切割过程中磨粒运动状态的实验平台,在磨粒运动观测平台上,对游离磨料线锯及亚固结磨料线锯在不同参数条件的切割过程中磨粒的运动进行视频拍摄。3.通过对上述实验中磨粒运动状态的统计研究,概括了不同线锯切割过程中的典型运动状态,分析了不同类型线锯、磨粒粒径、切割区域等切割参数对磨粒粒径分布、瞬时固结概率及磨粒速度的影响。4.基于不同线锯切割过程中磨粒运动状态的比较,初步分析了亚固结磨料线锯的切割机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的科学依据
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题的来源
• 1.2 线锯切割技术
• 1.2.1 游离磨料线锯切割机理研究现状
• 1.2.2 固结磨料线锯切割技术研究现状
• 1.2.3 固结磨料线锯与游离磨料线锯切割机理比较
• 1.3 亚固结磨料线锯的提出
• 1.4 课题的研究目的和意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 线锯切割过程中磨粒运动观测实验设计
• 2.1 常见的可视化技术
• 2.1.1 激光诱导荧光技术
• 2.1.2 频闪摄像技术
• 2.1.3 粒子图像测速技术
• 2.2 高速摄像技术
• 2.2.1 高速摄像技术的简介
• 2.2.2 高速摄像仪的硬件组成
• 2.2.3 实验原理
• 2.3 实验平台的搭建
• 2.4 磨粒的粒度分析
• 2.6 亚固结磨料线锯的选择及磨粒匹配
• 2.7 实验方案
• 2.8 本章小结
• 第3章 游离磨料线锯切割实验及磨粒运动分析
• 3.1 切割区域粒径分布
• 3.1.1 不同切割区域磨粒粒径分布比较
• 3.1.2 锯丝线速度对磨粒粒径分布的影响
• 3.2 磨粒运动状态的研究
• 3.2.1 不同切割区域磨粒运动方式比较
• 3.2.2 锯丝线速度对磨粒运动方式的影响
• 3.2.3 不同切割区域磨粒速度的比较
• 3.2.4 锯丝线速度对磨粒速度的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 亚固结磨料线锯切割实验及磨粒运动研究
• 4.1 切割区域粒径分布
• 4.1.1 不同切割区域粒径分布比较
• 4.1.2 锯丝线速度对粒径分布的影响
• 4.2 磨粒运动状态的研究
• 4.2.1 不同切割区域磨粒运动方式比较
• 4.2.2 锯丝线速度对磨粒运动方式的影响
• 4.2.3 不同切割区域磨粒速度的比较
• 4.2.4 锯丝线速度对磨粒速度的影响
• 4.3 磨粒粒径对亚固结线锯的影响
• 4.3.1 瞬时固结概率比较
• 4.3.2 磨粒运动速度比较
• 4.4 线型对亚固结线锯的影响
• 4.4.1 瞬时固结概率比较
• 4.4.2 磨粒运动速度比较
• 4.5 线锯对磨粒运动的影响
• 4.5.1 瞬时固结概率比较
• 4.5.2 磨粒运动速度比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果