碳化硅的线锯切片技术与加工机理研究

论文摘要

由于碳化硅晶体的优点,其已成为第三代半导体材料,制成的器件和电路具有在国防安全、航空航天、汽车、石油钻探等工业技术的特殊环境下应用的前景。碳化硅晶体虽然具备诸多优点,但因硬度高,加工十分困难。在生长出高质量大直径的碳化硅晶体后,晶片加工对晶片的质量起决定作用,其中把体块晶体切割成高质量晶片非常重要,否则将给后序的磨抛工作带来极大困难。本文提出了用环形电镀金刚石线锯切割碳化硅这一新的加工技术,该技术具有锯切效率高、加工质量好、对环境污染小等优点。论文通过对这一加工技术进行深入系统的试验研究和理论分析,揭示碳化硅晶体线锯加工的材料去除机理,加工质量与工艺参数间的关系,提出了提高加工质量的措施,优化了工艺参数。论文所作的主要工作及成果如下：阐述了环形电镀金刚石线锯加工机床的设计要求和工作原理。该机床直接用电主轴驱动主动轮带动锯丝运动,锯丝的速度由变频调速器控制；为保护锯丝,工作台由砝码重力牵引实现恒力进给。整个机床结构简单,易于速度控制,工作可靠。根据锯丝的振动、受力和锯丝的强度分析,确定了本试验的锯丝速度、恒进给力的最佳范围。通过环形电镀金刚石线锯加工碳化硅的试验,研究了锯丝速度、恒进给力对材料去除率、锯切力、锯切表面粗糙度的影响,分析了锯丝的磨损。为了提高材料去除率和加工质量,用正交试验法对加工工艺参数进行了优化。建立了线锯加工单颗磨粒的锯切力计算模型,根据模型和试验,对碳化硅线锯加工的材料去除机理进行了深入研究。并由此得出结论：在本试验条件下,材料为脆性去除；可通过提高线锯速度、减小恒进给力来实现塑性去除。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的与意义
• 1.2 晶体切片技术
• 1.2.1 内圆切片技术
• 1.2.2 游离磨料线锯切片技术
• 1.2.3 固结磨料线锯切片技术
• 1.3 硬脆材料去除机理研究
• 1.4 硬脆材料锯切加工质量研究
• 1.4.1 锯切裂纹和损伤层研究
• 1.4.2 锯切粗糙度研究
• 1.5 金刚石线锯锯切碳化硅晶体研究现状及存在的主要问题
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第2章 碳化硅金刚石线锯切割试验及工艺参数设置
• 2.1 线锯切割设备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 碳化硅的性能及试样制作
• 2.2.2 试验数据的采集
• 2.3 锯切工艺参数设置
• 2.3.1 锯丝振动特性
• 2.3.2 锯丝的拉断
• 2.3.3 最佳工艺参数的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 碳化硅晶体金刚石线锯加工试验研究
• 3.1 试验方案设计
• 3.2 碳化硅线锯切割锯切力分析
• 3.3 碳化硅线锯切割材料去除率分析
• 3.4 碳化硅线锯切割表面微观形貌分析
• 3.5 碳化硅线锯切割表面粗糙度分析
• 3.6 碳化硅线锯切割锯丝磨损
• 3.7 正交实验与工艺参数优化
• 3.8 本章小结
• 第4章 碳化硅金刚石线锯切片加工机理研究
• 4.1 碳化硅晶体的结构与性能
• 4.2 硬脆材料去除机理模型
• 4.3 脆性材料塑性域去除的条件
• 4.4 单颗磨粒锯切力分析
• 4.5 碳化硅线锯切割去除机理分析
• 4.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表