游離磨料線切割硅片表面粗糙度的理論分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著光伏產(chǎn)業(yè)和電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，太陽能硅片的產(chǎn)量需求日益增長。針對硅晶片的大徑化、超薄化的發(fā)展趨勢，半導(dǎo)體切割技術(shù)已逐漸由內(nèi)圓切割轉(zhuǎn)變?yōu)榫€切割。游離磨料線切割技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、切口材料損耗小、硅片切割表面損傷層較淺等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于大直徑硅棒的切割，并可同時(shí)進(jìn)行多條硅棒的切片。表面粗糙度的大小是評價(jià)硅片加工質(zhì)量重要的指標(biāo)之一，為了得到較低的表面粗糙度，需要開展大量繁雜的實(shí)驗(yàn)來探究切割參數(shù)對表面粗糙度的影響規(guī)律。國內(nèi)外學(xué)者對游離磨

2、料線切割硅片的表面質(zhì)量開展了較廣泛的研究。由于游離磨料線切割過程中，影響硅片表面粗糙度的因素很多，而且其運(yùn)動(dòng)方式的特殊，單晶硅材料的力學(xué)特性也不同于金屬材料，因此，為了提高加工硅片的表面質(zhì)量，對于建立游離磨料線切割硅片表面粗糙度Ra的預(yù)測模型意義重大。
　　本文基于脆性材料壓痕斷裂力學(xué)模型，考慮游離磨料線切割過程中磨粒處于全接觸狀態(tài)下的“滾壓—嵌入”運(yùn)動(dòng)方式，理論分析游離磨料線切割過程中的力學(xué)行為和材料去除形式，建立表面粗糙度Ra

3、的模型;并仿真分析了走絲速度、進(jìn)給速度、張緊力、磨料粒徑、切割液濃度、切割區(qū)域長度對其的影響規(guī)律。同時(shí)，通過單因素實(shí)驗(yàn)，分析了工藝參數(shù)條件對表面粗糙度的影響，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合成曲線，得出各個(gè)因素對表面粗糙度Ra的經(jīng)驗(yàn)公式。通過對比分析擬合曲線和仿真曲線，驗(yàn)證了理論模型的正確性。此外，論文還通過正交試驗(yàn)對游離磨料線切割的硅片表面粗糙度和總厚度偏差進(jìn)行工藝優(yōu)化，并探討主要因素之間的交互作用，最后用多元回歸的方法得出表面粗糙度Ra的經(jīng)驗(yàn)公式，

4、驗(yàn)證與理論公式的一致性。
　　本文的主要研究結(jié)果如下:
　　1)在理論上分析游離磨料線切割過程中磨粒滾動(dòng)條件下的受力和材料去除率，通過對磨粒的運(yùn)動(dòng)形式和接觸狀態(tài)、單顆磨粒的去除體積、磨粒的分布、切割線和磨粒間力的作用進(jìn)行分析，求得單顆磨粒的法向力和切向力。
　　2)建立了表面粗糙度Ra與各工藝參數(shù)的理論模型。硅片表面粗糙度Ra隨著走絲速度、切割線張緊力、切割液濃度的增大而減小，隨著工件進(jìn)給速度、磨料粒徑、硅棒直徑的增大