游离磨料线切割.docx

2游离磨料线切割线切割技术(Wire Sawing)是20世纪90年代出现的一种晶体材料切片的新型锯切技术，克服了内圆切割的诸多缺点，尤其适用大直径硅棒的切割。并且可同时进行多根晶棒切片，弥补其切割效率低的不足。具有生产效率高、材料损耗小以及锯切出来的晶片表质量高的优点。但是由于线切割技术是一门较新的技术，在材料去除机理研究和工业上工艺完善与参数控制等方面处于初步发展阶段，需进一步的改进与提高。1.1 游离磨料线线切割的加工原理图2.1线切割示意图如图2.1所示，游离磨料线切割加工技术的原理是将不锈钢丝(直径175 um左右)通过一系列导轮缠绕在放线轮和收线轮之间，并通过一定的缠绕方式形成相互平衡的网状加工部分。在加工过程中，切割线作往复运动，放线轮和收线轮分别完成放线和收线的任务，并通过其中的张紧轮控制切割线的张紧力。硅晶棒垂直于切割线进给，同时向硅晶棒与切割线的接触处喷入切割液，高速运动的切割线将带有磨料的切割液带到加工区域，实现材料的去除加工。1.2 游离磨料线切割机理游离磨粒线切割过程材料去除机理的研究主要集中在磨料和切割线与工件作用模型、切割液作用模型等方面，目前提出的去除机理模型包括：单颗磨粒滚动压痕模型、多磨粒压痕效应模型、弹性流体动压效应模型等。1.2.1 单颗磨粒滚动压痕模型I.Kao1等人认为，游离磨粒多线切割方法切割过程中，存在于工件和切割线之间的切割液中的磨粒在工件加工区域进行滚动一压痕作用或者刮擦压痕作用，实现材料的去除，如图2.2(a)所示。J.Li等人建立了游离磨粒的滚动一压痕加工模型，其实质就是将单颗磨粒视为一个圆锥体，在高速运动的切割线的带动下与切削区域的加工表面产生相对滚动，并在油膜压力作用下嵌入工件材料加工表面，使材料表面产生破碎和裂纹，从而实现材料的去除,如图2.2（b）。图2.2（a）游离磨料线切割加工示意图 图2.2（b）磨料切割模型1.2.2 多磨粒压痕效应模型S.Bhagavat等人，为了进一步了解游离磨粒线切割过程材料的去除机理，考虑多粒对工件压痕和接触效应的影响，仿真分析了游离磨粒多磨粒压痕效应。该模拟分析假定磨粒具有一个相当锐利的圆锥形刃尖，在工件加工表面上产生一个0.2um的压痕，并认为游离磨粒线切割过程中材料的接触效应主要受压痕载荷、压痕间距两个参数影响。研究结果发现，在一定的压入深度条件下，磨粒滚动压痕载荷与磨粒间距成正比例关系(见2.3（a）)，并且：(1)磨粒压痕间距减小，压痕载荷增大，滚动压痕深度会加深(见图2.3（b）)，材料去除量从而增加；(2)磨粒压痕间距减小，卸载后工件表面的弹性恢复率提高，加工表面的横向裂纹扩展加剧，材料去除率从而提高；(3)磨粒压痕间距减小，加工表面的凹坑数目增加，磨粒与工件表面间的摩擦减少，切割效率提高。 图2.3（a）压痕与载荷曲线 图2.3（b）间距与压深曲线1.2.3 弹性流体动压模型效应程建群2等研究者认为，在游离磨粒线切割的加工过程中，磨削液在高速运动的切割线和被加工工件之间会形成一层流体薄膜，这层磨削液薄膜产生的流体动态压力对加工过程状态和材料的去除有重要的影响。Lzhun将切割线看成弹性体，磨削液薄膜为流体膜建立了弹性一流体动力学模型如图2.4。图2.4线切割的流体动力学模型1.3 游离磨料线切割的特点3a) 切割效率高b) 切割出的晶片厚度小c) 切口材料损耗小d) 硅片切割表面损伤层较浅 e) 切割噪声低1.4 游离磨料线切割的应用半导体技术的快速发展对基片加工效率、加工精度和表面质量等已经提出了越来越高的要求。半导体硅晶圆的加工是集成电路制造中的重要环节，而有效的硅片切割技术是获得高面型精度和表面质量硅晶圆的基本保证。线切割技术(Wire Sawing)是20世纪90年代出现的一种晶体材料切片的新型锯切技术，克服了内圆切割的诸多缺点，尤其适用大直径硅棒的切割，目前已广泛应用于光伙产业平，导体制造业。IC产业和PV产业对硅片需求量增大，推动了主要针对300 mill及以上晶圆切片的线切割技术的研究和应用。参考文献1MBhagavat，IKao(PI)Modeling and control of wiresaw slicingJThe 1 2th International Conference on Crystal Growth，July 263 1，1 998，Jerusalem，Israel2程建辉，葛培琪，朱志