金刚石飞切单晶硅的切削力模型及试验研究
单晶硅超精密切削工艺参数优化与实验研究
单晶硅超精密切削工艺参数优化与实验研究
姚同;杨晓京;肖建国;张万清;康杰
【期刊名称】《宇航材料工艺》
【年(卷),期】2022(52)6
【摘要】为提高单点金刚石车削单晶硅的表面质量,以表面粗糙度为优化目标设计正交切削实验,通过方差分析、响应曲面分析和极差分析研究主轴转速、进给速度和切削深度对表面粗糙度的影响。
结果表明,主轴转速对表面粗糙度影响最显著,主轴转速越大,表面粗糙度值越小;建立了表面粗糙度回归模型,通过响应曲面分析得到主轴转速和进给速度的交互作用对表面粗糙度的影响最大;在最优切削参数组合为主轴转速3 300 r/min、进给速度2 mm/min、切削深度5μm的条件下,获得了表面粗糙度Ra 2.7 nm的高质量单晶硅元件,其表面相对光滑,切屑呈带状,材料在延性域内去除。
【总页数】5页(P60-64)
【作者】姚同;杨晓京;肖建国;张万清;康杰
【作者单位】昆明理工大学机电工程学院;云南北方光学科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.单晶硅超精密切削加工表面粗糙度预测模型的建立及试验研究
2.单晶硅超精密切削的刀具磨损试验研究
3.工艺参数对单晶硅超精密加工切削力的影响
4.单晶硅激
光辅助超精密切削工艺优化与表面特性5.单晶硅红外透镜的超精密磨削工艺参数优化
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
金刚线切割单晶硅片工艺技术理论研究
金刚线切割单晶硅片工艺技术理论研究摘要：随着国内金刚线制造和应用技术的不断成熟，加之市场需求的快速增长不断的刺激金刚线制造技术发展迅速，金刚线切割工艺已成为行业内硅片制造技术发展趋势[1]。
如何通过有效的切割技术及现场控制，降低金刚线切割生产成本，就是硅片制造技术需要研究的重要方向。
本文主要针对金刚线切割技术及过程中切割异常分析进行分析。
关键词：金刚线细线切割；排线拉斜；排线间距1.引言目前光伏企业发展以“降本增效”为主旋律。
如何提高太阳能硅片切割效率、降低单片耗线成为近几年关注的问题。
影响硅片切割质量的因素主要有：金刚线品质、所用主辊（切割辅材）刻槽工艺、切割设备性能的稳定性、减少硅片切割单端钢线磨损度、控制硅片切割质量、降低切割异常。
2.金刚线切割技术的发展对于硅片切割来说，切片的加工技术和加工方式将对加工的质量和速度产生关键的影响。
因此，对于硅片加工工艺的基本原则是：成型精度高，平面度高，制件翘曲值低和厚度精度高[2]；切割断面保证完整；提高加工效率，避免材料损耗。
在硅片切割技术中，多线切割技术以其生产量高，硅片直径适用范围广，翘曲值低，表面损伤浅，表面光洁度低等多项优势被广泛应用。
硅片多线切割技术包括砂浆切割工艺和金刚石线切割工艺。
3.金刚线切割种类及不同切割工艺简介3.1硅片切割种类、切割耗材的不同，可分为两类:a.砂浆切割技术。
砂浆切割方式是以游离式的切割模式，靠悬浮液的炫富碳化硅，再通过线网的带动，进行磨削切割。
其切割方式见图1。
图1 砂浆切割方式砂浆切割工艺是一种游离式切割方式。
该工艺以结构线为基体，莫氏硬度为9.5 的碳化硅（ SiC）作为切割刃料，结构线在高速运动过程中带动切割液和碳化硅混合的砂浆进行摩擦，利用碳化硅的研磨作用达到切割效果。
随着国内光伏产业规模的扩张以及带来的利润降低，通过降低生产成本、提高生产效率来维持企业竞争力势在必行。
在过去的三到五年内，主要通过对切割砂浆的技术改进来实现成本的控制，但目前已无法实现进一步降本。
单晶硅超精密切削加工表面粗糙度预测模型的建立及试验研究
∀ y ) , 自由度 =
SSM # 模型误差, SSM = SST - ( SSR + SSE ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ, 自 由度 = n - 1 - 2 ( ri - 1); SST # 1 n 回 归 总 误 差 , SST
2 i
=
∀y
i= 1
n
2 i
-
∀y
i= 1
n
, 自由度 = n - 1 ;
r i # 重复试验的次数 ; y !# 重复各次测量值的
摘
要 : 利用超精密机 床进行切削加工时 , 对于操 作者来 说 , 首 先面临 的问题 是最优 切削用 量组
合的确定 , 这也是最让操作者感 到棘手的问题。单晶硅成功的切削过程取 决于优化 工艺参数 , 比 如进给量、 背吃刀量、 切削速度等。为了建 立精确 可靠的 表面粗 糙度预测 模型 , 本文 将遗传 基因 算法应用于回归分析 , 同时在超精密机床上对该预测模型进行了试验验证。 关键词 : 单晶硅 ; 超精切削加工 ; 预测模型 中图分类号 : TH161+ 5 文献标识码 : A
上世纪 80年代末期, 在对硬脆材料的加工方法作 了大量的探索和尝试的基础上 , 出现了可以克服 研抛加工种种不利因素的硬脆材料超精密切削加 工方法 。但是, 一方面由于单晶硅等硬脆材 料的物理性质及机械性能和传统的金属材料相比 存在较大的差异 , 对硬脆材料切削过程中的多空 间尺度的脆塑转变机理问题, 人们还没有形成统 一的认识; 另一方面, 目前我国虽然在晶体生长方 面取得了重要进展, 但是后加工力量薄弱 , 应用研 究不足 , 面 对 国 际 上 的 激 烈 竞 争 形 式 不 容 乐 观 。所以, 无论是国 内外, 对于 单晶硅等 超精 密切削机理问题的研究依然处于探索阶段。 因此 , 本文通过科学试验、 模型分析等方法, 研究切削参数对单晶硅超精密塑性切削的影响, 建立单晶硅超精密切削表面粗糙度预测模型等。
单点金刚石铣削KDP晶体实验研究
１引言ＫＤＰ晶体是一种常用的非线性光学材料，大尺寸、高质量的ＫＤＰ晶体被公认为难加工的光学元件。
美国的劳伦斯・利佛尔国家实验室（ＬＬＮＬ）研究结果表明采用负前角的金刚石刀具超精密切削能够获得光学表面［１］。
铣削过程中，切削力直接影响着切削热的产生，容易导致工件变形，并进一步影响着刀具磨损、耐用度、加工精度和已加工表面质量。
为了提高ＫＤＰ晶体的表面质量，本文利用哈尔滨工业大学研制的ＫＤＰ晶体加工专用超精密机床对铣削加工ＫＤＰ晶体的切削力特性进行了研究。
２超精密机床结构和加工方式ＫＤＰ晶体属于平面光学元件，由于ＫＤＰ晶体的各向异性，ＫＤＰ晶体加工专用超精密机床加工采用立轴平面铣削形式［２］，飞刀盘直径大于６００ｍｍ，这样可以尽量减小刀具的圆弧轨迹对晶体加工的影响。
安装在飞刀盘上的金刚石刀具采用ＳＰＤＴ（ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｄｉａｍｏｎｄｔｕｒｎｉｎｇ）方式完成对ＫＤＰ晶体的超精密切削。
伺服进给系统由交流伺服电机通过柔性联轴节带动滚珠丝杠驱动空气静压导轨完成机床工作台的直线进给运动。
主轴电机通过连轴节带动空气静压主轴驱动飞刀盘旋转，工件则通过真空吸盘吸咐夹紧在工作台上。
图１为ＫＤＰ晶体专用超精密机床结构示意图。
单点金刚石铣削ＫＤＰ晶体实验研究＊孙希威，张飞虎，董申（哈尔滨工业大学哈尔滨，１５０００１）［摘要］通过实验研究了ＫＤＰ晶体铣削加工的切削力特性，分析了切削深度、进给量对切削力的影响，并对ＫＤＰ晶体和铝合金的切削力进行了比较。
结果表明，在不影响加工表面质量的前提下，可以适当加大切削深度和进给量从而提高切削效率。
［关键词］ＫＤＰ晶体；切削力；ＳＰＤＴ［中图分类号］ＴＧ５０１．３［文献标识码］Ａ［文章编号］１００３－５４５１（２００６）０４－００１８－０３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳＰＤＴＭｉｌｌｉｎｇＫＤＰＣｒｙｓｔａｌｓＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳＵＮＸｉ－ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧＦｅｉ－ｈｕ，ＤＯＮＧＳｈｅｎ（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＴｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｍｉｌｌｉｎｇＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓｈａｓｂｅｅｎｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈａｎｄｆｅｅｄｏｎｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｈａｓｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓｈａｓｂｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｐｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｄｅｐｔｈｏｒｆｅｅｄｃｏｕｌｄｂｅｅｎｌａｒｇｅｄｐｒｏｐｅｒｌｙｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｍｉｌｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｈｅｎｓｕｒｆａｃｅａｃｃｕｒａｃｙｗａｓｎｏｔｂｅｅｎｉｍｐａｃｔｅｄｉｎｍｉｌｌｉｎｇＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＫＤＰｃｒｙｓｔａｌｓ；ｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｓｉｎｇｌｅ－ｐｏｉｎｔｄｉａｍｏｎｄｔｕｒｎｉｎｇ＊国家高技术研究发展计划（８６３计划）航空精密制造技术ＡＶＩＡＴＩＯＮＰＲＥＣＩＳＩＯＮＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００６年８月第４２卷第４期Ａｕｇ．２００６Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．４《航空精密制造技术》２００６年第４２卷第４期１主轴电机２主轴３飞刀盘４金刚石刀具５ＫＤＰ晶体６真空吸盘７工作台８导轨９伺服电机图１ＫＤＰ晶体专用超精密机床结构示意图３切削力实验原理及实验条件切削力的来源有两方面：一是切削层材料、切屑和工件表面层材料的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力［３］。
《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》范文
《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》篇一一、引言随着科技的发展，单晶硅作为现代电子器件的重要材料，其加工精度和表面质量的要求日益提高。
单晶硅的各向异性特性使得其切削过程具有复杂性和特殊性，因此，对单晶硅的切削仿真与实验研究显得尤为重要。
本文旨在通过仿真与实验相结合的方法，研究单晶硅各向异性的超精密切削过程，以期为实际生产提供理论依据和指导。
二、单晶硅的特性和切削过程分析单晶硅作为一种硬脆性材料，具有较高的硬度和较低的断裂韧性。
在切削过程中，单晶硅表现出显著的各向异性特点，不同方向的切削性能差异较大。
同时，超精密切削对刀具、工艺和设备等都有较高要求。
因此，深入研究单晶硅的各向异性超精密切削过程，对于提高切削效率和加工质量具有重要意义。
三、仿真研究（一）仿真模型建立本文采用有限元法建立单晶硅切削过程的仿真模型。
首先，根据单晶硅的物理性质和力学性能，设置材料参数。
其次，建立刀具与工件的相对运动模型，以及切削过程中的热力耦合模型。
最后，通过仿真软件对模型进行求解，得到切削过程中的应力、应变和温度等参数。
（二）仿真结果分析通过仿真研究，我们发现在单晶硅的切削过程中，不同方向的切削力、切削温度和表面形貌等均存在显著差异。
此外，切削速度、进给量和切削深度等工艺参数对切削过程的影响也较为明显。
这些结果为后续的实验研究提供了重要依据。
四、实验研究（一）实验设备与材料实验采用单晶硅材料，通过精密加工设备进行切削实验。
同时，我们还采用高速摄像机、表面轮廓仪等设备对切削过程中的表面形貌、切削力等进行实时监测和记录。
（二）实验方案与步骤根据仿真结果，我们设计了不同的切削工艺参数进行实验研究。
实验过程中，我们首先进行预处理，包括工件夹持、刀具准备等。
然后进行正式的切削实验，并记录相关数据。
最后对实验结果进行分析和比较。
（三）实验结果与讨论通过实验研究，我们得到了不同工艺参数下单晶硅的切削力、切削温度和表面形貌等数据。
单晶CVD金刚石切削技术优化研究
单晶CVD金刚石切削技术优化研究一、引言金刚石是目前已知的最坚硬的物质之一，其切削性能在各个领域中都有广泛的应用。
作为一种高端切削材料，金刚石也有其局限性，既其生产成本昂贵，同时也存在加工难度高、成型困难等问题。
其中，单晶CVD金刚石的生长技术尤为重要，在实际应用中，如何利用制备方法的改进提高单晶CVD金刚石的品质和性能，是当前研究的论题之一。
二、单晶CVD金刚石生长技术原理CVD金刚石是利用高温高压反应法，将金刚石在气相条件下沉积在衬底表面的一种人工合成方法。
单晶CVD金刚石可以通过黄金触媒在高压高温环境下沉积在硅片表面。
其中，具体过程为：将金刚石粉末放置在硅片上，同时将硅片在温度为800℃至900℃，压力为0.1MPa至0.2MPa的条件下加热。
由于高温状态下，金刚石原子能够离开原位置进入气相中，反应生成新颖的晶体沉积在硅片上生长，从而形成单晶CVD金刚石。
三、单晶CVD金刚石切削性能分析单晶CVD金刚石具有成分均匀、结晶度高等优势，适合用于切削加工等领域。
其硬度高、摩擦系数低、热稳定性好等特性，决定了其切削性能较为优越。
另外，由于其低热膨胀系数，单晶CVD金刚石的热稳定性能高于其他材料，尤其是在高温切削加工时表现更为突出。
因此，单晶CVD金刚石在高强材料切削等领域中的应用前景广阔。
四、单晶CVD金刚石切削技术研究现状目前，国内外的研究者对单晶CVD金刚石的切削技术进行了大量的实验和理论探究，主要包括切削力模型研究、单晶工艺参数优化、切削表面品质控制等方面。
通过改进刀具结构和刀具前角角度，以及通过提高加工速度等方法的应用，有助于提高单晶CVD金刚石的表面质量和性能。
五、单晶CVD金刚石切削技术优化研究5.1 切削力模型优化单晶CVD金刚石的切削力模型影响工艺参数的选择，直接影响到切削加工的效率和精度。
实验表明，单晶CVD金刚石的切削过程中，切削力的成分和大小均受到钻头类型、切削速度、切削深度、进给量等因素的影响。
金刚石线锯切割大直径SiC单晶
金刚石线锯切割大直径SiC单晶3陈秀芳,李 娟,马德营,胡小波,徐现刚,王继扬,蒋民华(山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100)摘 要: 采用金刚石线切割大直径的SiC单晶,研究了金刚石线锯的切割机理和切割参数,给出切割SiC 单晶的实验结果。
研究了金刚石线的寿命及各切割参数对线径减少量、翘曲度、表面粗糙度的影响。
用光学显微镜观察了磨损的金刚石线和切割表面。
关键词: 金刚石线;SiC;翘曲度中图分类号: O782.9文献标识码:A 文章编号:100129731(2005)10215752031 引 言SiC是一种重要的半导体材料,不但可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料,同时又是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一[1～3]。
虽然生长出高质量大直径的SiC单晶极为重要,但是此后的晶片加工则对晶片的表面质量起决定作用,其中把体块单晶切割成翘曲度小、厚度均匀、刀缝损失小的晶片非常重要,否则将给后序的磨抛工作带来极大困难。
由于SiC的莫氏硬度为9.2,仅次于金刚石(其莫氏硬度为10),加工难度很大。
当晶体的直径达到2英寸时,常规的内圆切割机不能有效地工作,必须采用金刚石线切割技术。
该技术与传统的切割方法相比,有以下几个优点[4]:(1)可加工非导电材料,而传统的放电加工则不能;(2)可进行多线切割[5];(3)刀缝损失小。
这对加工成本高的半导体和贵重材料非常重要。
用直径350μm的金刚石线切SiC单晶时,刀缝才为0.3048mm;(4)可自由改变切割位向。
大直径SiC单晶的切割还未见报道,本文研究了金刚石线锯的切割机理和切割参数,给出切割SiC单晶的实验结果。
研究了金刚石线的寿命及各切割参数对切割时间、线径减少量、翘曲度、表面粗糙度的影响。
用光学显微镜观察了磨损的金刚石线和切割表面。
2 几个重要的切割参数简介及切割线的受力分析2.1 线 速类似于高速研磨,金刚石线切割需要高的线速以降低对金刚石颗粒的切削力、减少线的磨损和金刚石颗粒的脱落,从而实现高的材料去除速率。
金刚石线切割单晶碳化硅锯切力的实验研究
金刚石线切割单晶碳化硅锯切力的实验研究张玉兴;黄辉;徐西鹏【摘要】从锯切力的角度对金刚石线锯锯切单晶SiC材料的加工过程进行了研究.得出了线速度、进给速度、线锯张紧力对锯切力的影响规律.从单位长度线锯材料去除量、锯切比能的角度讨论了锯切工艺对锯切力的影响机理.在金刚石线锯锯切单晶SiC过程中,锯切力随着线速度的增大而减小,随着进给速度的增大而增大,线速度与进给速度对锯切力的综合影响表现为:单位长度线锯材料去除量的增加会增大锯切力.单位长度线锯材料去除量对于金刚石线锯锯切单晶SiC材料的锯切比能具有显著的影响.【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2014(034)001【总页数】5页(P6-9,14)【关键词】金刚石线锯;单晶SiC;锯切力;单位长度线锯材料去除量;比能【作者】张玉兴;黄辉;徐西鹏【作者单位】华侨大学脆性材料加工技术教育部工程研究中心,厦门361021;华侨大学脆性材料加工技术教育部工程研究中心,厦门361021;华侨大学脆性材料加工技术教育部工程研究中心,厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TQ164;TG74单晶SiC是一种宽禁带的半导体材料，在设备制造领域具有许多特殊的应用。
例如在制备激光发射器、逆变器、功率二极管等高温高功率器件方面有广泛的应用。
SiC器件能够在高温、高功率、高辐射的恶劣环境中工作，这使得它成为制备极端环境中工作的传感器的理想材料。
然而，单晶SiC具有极高的硬度和耐磨性，其硬度仅次于金刚石以及CBN材料，莫氏硬度为9.5，这使得单晶SiC材料的加工一直是一个难点。
在SiC材料切割的研究中，许多学者在不同的线速度范围内对SiC材料进行了实验研究。
高玉飞[1]在1～2 m/s的线速度范围内研究了线速度与进给速度对硅片的表面质量的影响规律。
Wang Xiaoye[2]在1.9 m/s的线速度下研究了线锯锯切SiC材料的去除率及表面质量。
Craig W. Hardin[3]等在8.1～11.3 m/s的速度范围内，研究了金刚石线锯锯切SiC的锯切力随工艺参数变化的规律和表面加工质量。
微槽结构单点金刚石飞切加工的切削力建模
微槽结构单点金刚石飞切加工的切削力建模刘勇;尹自强;李圣怡;关朝亮【摘要】超精密单点金刚石飞刀切削技术是一种比较新颖的微槽类结构加工方式。
在飞切过程中，切削力是切削过程中重要的物理量，对加工后的表面质量、刀具磨损等有着直接影响。
提出了一种基于直角微切削理论的动态微槽类结构飞切的力学模型，基于微切削理论，得到了前、后刀面切削力的理论模型。
根据飞切的几何运动特征，建立了飞切过程中剪切角的计算模型，并根据单圈飞切实验得到了飞切过程中剪切面的变化规律。
为了验证模型的正确性，采用不同切削参数进行了多圈重叠飞切实验，对切削力进行了测量和分析。
实验得到的切削力大小和变化规律与理论模型计算得到的基本一致，证明了该切削力模型的有效性。
%Ultra-precision single point diamond flycutting is a novel method to manufacture the microstructures with grooves.In the flycutting process,the cutting force is an important physical quantity.It is closely associated with cutting quality and tool wearing.To develop the cutting regularity,a flycutting force model based on the theory of orthogonal microcutting was presented.The cutting force model on rake and flank face is achieved.The shear angle in flycutting process was analyzed based on the kinematical regularity.The value of the shear angle in specific processing parameters technological conditions was achieved by single-turn flycutting experiments.To verify the flycutting force model,overlapping flycutting experiments with variant parameters feed rates were carried out.The validity of the force model is demonstrated with the accordance of experiments and theoretical analysis.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】6页(P175-180)【关键词】微槽结构;单点金刚石飞切;微切削;切削力建模【作者】刘勇;尹自强;李圣怡;关朝亮【作者单位】国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073;国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073;国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073;国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073【正文语种】中文【中图分类】TH161超精密飞刀切削是各种复杂微结构表面加工制造的重要方法之一［1－3］，尤其适用于微V型槽阵列、光波导模具、手机导光板模芯等微槽类光学结构阵列的加工，图1所示即为飞切加工微V型槽结构的示意图。
晶体硅的金刚石线锯切割性能研究
晶体硅的金刚石线锯切割性能研究金刚石线锯系为通过电镀的方式将金刚石颗粒固结镶嵌在钢丝表面的镀层上制成的一种线锯,以它切割硅片相比于传统的砂浆线锯切割有切割效率高,切割硅屑更容易回收,综合成本低等优势,有大规模应用的广阔前景,但业界对其切割硅片的表面质量与表层机械损伤情况尚存疑问。
我们针对这一问题对晶体硅的金刚石线锯切割性能开展了研究。
对金刚石刻划单晶硅片的机理及模式进行了实验研究。
金刚石在较大压力下刻划时,主要以脆性模式加工晶体硅,划痕呈破碎崩坑状；而在较小的压力下,主要以塑性模式加工晶体硅,划痕相对平直光滑。
金刚石线锯切割硅片表明,硅片表面呈现大量由脆性破碎崩落留下的不规则凹坑,但同时亦出现较长的光滑划痕。
其原因可能是线锯正下方的压力较大,以脆性模式进行反复刻划；而与此同时,线锯侧面金刚石颗粒以小得多的侧向压力对切割暴露出的硅表面进行蹭磨刻划,形成呈塑性特征的切割纹；最终在硅片表面呈现脆性与塑性混合切割模式。
在一台单线切割机上进行了单晶硅片切割实验。
设计并自制了线张力测试装置,研究了进给速度的变化对金刚石线锯线张力,硅片表面形貌及损伤层的影响。
发现随着进给速度的增大,硅片表面宏观的线痕间距及起伏周期增大,而表面形貌和粗糙度值差异不大。
通过逐层腐蚀去除硅片的损伤层,碘酒钝化,测试其少子寿命的方法,测试硅片的损伤层厚度。
测试结果表明：在本实验工艺下,金刚石线锯切割硅片的损伤层厚度基本位于12μm左右；随着进给速度的增大,硅片损伤层厚度有增加的趋势,但增加幅度不大。
对企业试生产的金刚石线锯和普通商业化生产的砂浆线锯切割硅片的表面形貌进行了观察,金刚石线锯切割硅片的表面有规则平直的深浅划痕和破碎凹坑；而砂浆线锯切割的硅片表面无明显划痕,但有较多的破碎凹坑和孔洞。
两种硅片表面整体上都比较平整,而金刚石线锯切割硅片的表面粗糙度值更大。
实验测得砂浆线锯和金刚石线锯切割硅片的损伤层厚度分别为10μm和6μm。
金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析
2011年2月 第1期第31卷 总第181期金刚石与磨料磨具工程D ia m ond&A brasives Eng i nee ri ngFeb.2011N o.1 V o.l31 Seria.l181文章编号:1006-852X(2011)01-0053-05金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析*黄 波1,2 高玉飞1,2 葛培琪1,2(1.山东大学机械工程学院,济南250061)(2.高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南250061)摘要 采用电镀金刚石线锯对单晶硅进行了锯切实验,使用扫描电子显微镜对单晶硅锯切的表面缺陷与锯丝失效机理进行了研究,分析了走丝速度和工件进给速度对锯切单晶硅表面缺陷特征的影响。
分析发现:线锯锯切的硅片表面缺陷主要有较长较深的沟槽、较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及个别较大较深的凹坑。
走丝速度增大,工件进给速度降低,锯切材料的表面缺陷逐渐由以脆性破碎凹坑为主转,变为以材料微切削去除留下的塑性域剪切沟槽为主。
锯丝的主要失效形式为金刚石磨粒的脱落,脱落的磨粒在锯切过程中被挤压嵌入加工表面造成较大尺寸较深的凹坑,对材料表面和亚表面质量的损害更为严重。
关键词 金刚石线锯;单晶硅;表面缺陷;磨损中图分类号 TQ164;TG74 文献标识码 A DO I编码 10.3969/.j issn.1006-852X.2011.01.013Study on surface defect and w ire wear m echanism duri ng si ngle crystal silicon slici ng w ith electropl ated di a m ond w ire sawH uang Bo1,2 Gao Yuf e i1,2 Ge Pei q i1,2(1.S chool of M echanical Engineering,Shandong Universit y,J inan250061,China)(2.K ey Laboratory o f H igh Efficiency and C lean M echanicalM anufacture(Shangdong Universitg),M inistr y of Education,J inan250061,China)Abstract Based on the experi m ents o f slicing si n g l e crystal silicon w it h e lectrop lated dia m ond w ire sa w,the surface defects of sa w ed silicon crystal and w ire fa il u re m echanis m w ere ana l y zed using the scann i n g electron m icroscope(SE M).The i n fl u ences of w ire speed and workp iece feed speed on surface defect features w ere discussed.The analysis results sho w t h at the surface defects inc l u de so m e obvious grooves,inter m ittent scratch m arks,brittle fracture or brittle crash,and so m e relati v e l y larger and deeper pits.W hen w ire speed i n creases and w or kpiece feed speed decreases,the surface de fect features change fro m brittle fracture p its to ductile sheared m icrog r ooves i n duced by d i a m ond ductile cutting acti o n.The m ain w ear m echanis m o f electroplated dia m ond w ire is pullout of abrasi v e grits.These pu lled out grits are like l y to be then i n l a yed i n to the surface o f sili c on to generate large and deep pits and affect the quality of surface and subsurface.Keywords dia m ond w ire sa w;si n g l e cr ystal silicon;surface defec;t w ear*济南市科技计划资助项目(项目编号:200906031)金刚石与磨料磨具工程总第181期0 引言单晶硅材料广泛地应用于各种微电子领域,如计算机系统、通讯设备、汽车、消费电子系统和工业自动控制系统等。
电镀金刚石线锯切割单晶硅的试验研究
关 键词
单 晶硅
电镀 金 刚石 线锯
试 验研 究
随着 科学技术 的飞速发 展 ，单晶硅 在半导体工业 、机械工
业 、石化 工业 等 领域 的应 用越 来越 广 泛 。切 片是 单 晶硅 加 工的 一 道 首要 加 工 工 序 ，其 加 工 质 量影 响 了 后 续 的加 工 及 最终 质 量 。 因此 ，对 单 晶硅 的 电镀金 刚 石线 锯 加工 进 行深 入 的试 验研 究 ，揭
进给 速 度
（ ｍ ｍ ／ ｓ ）
０ ６ ０
０ ７ ４
０ ８８
切 向锯 切
力 （ Ｎ）
Ｔ ＿
Ｔ ｌ
Ｔ ＿
３ ９ ５
３ ７ Ｕ
３ ４ ８
２ ８ ７
３ ７ ２
４ ５ ４
生是由于金刚石在切割过程 中脱落后 ，被挤压进材料加工表面所 造成 ，凹坑比划痕深。划痕 则是由锯丝上凸起高的磨粒在锯丝切 割时产生的 ，或脱落的磨粒粘附在锯丝上 ，随着锯丝的运动产生
大 ，随锯 丝 运动 速度 的增 大 而 减小 ，且 工 件进 给 力对 切 向锯切 力 的影 响大 于锯 丝 运动 速 度 的影 响 。 经 分 析 ，切 割 单 晶 硅 时 ，既 要 保 证 高 的 加工 效 率 ，又 要 提
高加工质量 ，应取高的锯丝运动速度 、小的工件进给力。在本试
义。
工 件 进 给 力 的 增 加 一 方 面增 加 了 单颗 磨 粒 的压 入 深 度 ， 另
一
１ 试 验 设置
方面参与切削的金刚石磨粒 的数 目也增加，从而增加了材料去
因 是 靠 加 在工 件 上 的 力进 给 ，所 以锯 切 时 的 法 向 力 Ｆ ｎ 约 为
《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》
《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》篇一一、引言随着科技的发展，单晶硅在微电子、光电子等领域的应用越来越广泛。
然而，单晶硅材料硬度高、脆性大，其加工难度较大。
为了满足高精度、高效率的加工需求，各向异性超精密切削技术逐渐成为研究热点。
本文通过仿真与实验相结合的方法，对单晶硅各向异性超精密切削过程进行了深入研究。
二、仿真研究1. 材料模型建立仿真研究首先需要建立单晶硅的材料模型。
通过分析单晶硅的晶体结构、力学性能等参数，建立合适的材料模型，为后续的仿真分析提供基础。
2. 切削力仿真在材料模型的基础上，进行切削力仿真。
通过设置不同的切削参数（如切削速度、进给量等），分析切削力在各方向上的分布情况。
仿真结果表明，各向异性超精密切削过程中，切削力在晶体不同方向上存在明显差异。
3. 切削温度仿真切削过程中会产生大量的热量，导致切削温度升高。
通过仿真分析切削温度的分布及变化规律，为后续的实验研究提供理论依据。
仿真结果显示，切削温度在晶体不同方向上存在差异，且与切削速度、进给量等参数密切相关。
三、实验研究1. 实验设备与材料实验采用单晶硅材料，使用先进的超精密切削设备进行切削实验。
通过调整切削参数，研究各向异性超精密切削过程中切削力、切削温度等参数的变化规律。
2. 实验方法与步骤（1）准备单晶硅材料及切削刀具；（2）设置不同的切削参数，进行切削实验；（3）记录实验过程中的切削力、切削温度等数据；（4）分析实验数据，得出结论。
3. 实验结果分析通过实验，得到了不同切削参数下切削力、切削温度等数据。
将实验结果与仿真结果进行对比，验证了仿真模型的准确性。
同时，分析了各向异性超精密切削过程中切削力、切削温度的变化规律，为优化加工工艺提供了依据。
四、结论本文通过仿真与实验相结合的方法，对单晶硅各向异性超精密切削过程进行了深入研究。
仿真研究建立了单晶硅的材料模型，分析了切削力、切削温度的分布及变化规律。
实验研究验证了仿真结果的准确性，并得到了各向异性超精密切削过程中切削力、切削温度的变化规律。
电镀金刚石线锯切割单晶硅技术及机理研究
电镀金刚石线锯切割单晶硅技术及机理研究目前,半导体材料广泛地应用于各种微电子领域,如计算机系统、电子通讯设备、汽车、消费电子系统和工业自动控制系统等,而绝大多数的半导体材料是采用硅晶片。
切片是把单晶硅由硅棒变成硅片的一个重要工序,切片质量的好坏直接影响着后续工序的工作量和成本。
固结磨料线锯切片技术以其锯切效率高、锯口损耗小、面形精度高和切割环境清洁等优点,有望成为单晶硅等硬脆材料切片的未来发展方向。
本文对电镀金刚石线锯切割单晶硅技术进行了深入的试验研究与理论分析,以期为电镀金刚石线锯切片技术的进一步应用提供试验和理论依据。
在理论上探讨了单晶硅各向异性材料特性对电镀金刚石线锯切割硅晶片过程影响。
分析了锯丝沿不同的晶面、晶向锯切对晶片质量的影响规律,并推荐了首选的锯丝切入方向。
研究发现,在确定的工艺参数下,当锯丝切入方向使锯切两边材料的弹性模量分布关于锯丝切入方向呈对称性时,可有效地提高晶片面形质量。
锯丝切入方向与被锯切晶面内的易开裂方向一致时,可有效减少晶片表面破碎。
综合锯丝切入方向对晶片面形质量和表面破碎两方面影响的分析结果,锯切（100）晶面时,首选锯丝切入方向为[001]、[010]、[00（?）]和[0（?）0];锯切（110）晶面时,首选锯丝切入方向为[1（?）0]和[（?）10];锯切（111）晶面,[1（?）0],[（?）10],[01（?）],[0（?）1],[（?）01]和[10（?）]为首选的锯丝切入方向。
通过往复式电镀金刚石线锯加工单晶硅的试验,研究了锯丝速度,工件进给速度和切削液对锯切硅片表面形貌、表面粗糙度（SR）、翘曲度（Warp）、总厚度偏差（TTV）和亚表面损伤层厚度（SSD）的影响规律,并研究了锯丝磨损的形态和机理。
在试验采用的工艺参数范围内,硅片的SR与SSD值随锯丝速度提高和工件进给速度降低而减小;硅片的Warp随锯丝速度和工件进给速度降低而减小;而综合考虑锯丝速度与进给速度的合理匹配关系是获得硅片低TTV值的原则。
单晶材料纳米级切削机理的研究
单晶材料纳米级切削机理的研究单点金刚石车削加工是现代超精密加工技术的前沿领域之一。
它能够通过切学直接获得纳米级表面质量的光学元件。
在加工过程中,为了使脆性材料加工表现出塑性特性,往往需要把切削深度控制在纳米量级。
采用传统的切削理论已经很难准确地理解其切削机理。
在此背景下,分子动力学模拟成为了一个强有力的工具,它可以在原子级量级上对切削机理进行深入的研究。
本文系统进行了单点金刚石切削纳米级加工的分子动力学仿真和实验验证。
为了使分析研究更接近实际,在已有分子动力学仿真理论和对实际单点金刚石刀具刃口半径测量的基础上,建立了切削刀具三维分子动力学模型,并进行了相关切削仿真研究。
本文针对单晶材料纳米级切削过程主要进行了以下研究。
建立了单晶硅纳米级切削过程MD模型,并针对模型中工件的不同边界条件进行探讨和相关仿真研究。
通过对模拟结果的比较分析,提出了在底部和退刀侧施加边界条件能够更准确的进行单晶硅的分子动力学仿真。
并对Tersoff势能参数进行了探讨与研究。
基于分子动力学仿真对于材料的去除方式进行了研究。
根据不同刀具形状及切削角度详细讨论了材料的去除方式。
根据切削过程中实际的刀具状态,建立了与刀具更相符的三维分子动力学仿真模型。
通过分析切屑的形成形状和生成位置等方面验证了该三维分子动力学仿真切削更接近实际切削状态。
对单晶硅的进行了斜向切削分子动力学仿真,得到脆性材料去除方式分为两个阶段,即弹性变形,塑性去除;在切深小于0.314nm时,切削只发生弹性变形;当切深大于0.314nm时,工件材料发生塑性去除,。
对于切屑的晶格状态,在边缘变为非晶状态,内部为单晶态。
并通过白光干涉仪得到,弹性变形和塑性去除的临界深度为0.0003μm,该结果与单晶硅分子动力学模拟得到的结是相一致的。
为获得纳米刃口的微刀具,利用聚焦离子束技术(FIB)进行了微刀具的制备。
利用制备的刃口半径为10nm的微刀具,对单晶铜进行纳米切削分子动力学仿真实验。
金刚石线锯切割晶体硅模式研究
第 ２期
蔡 二辉 ， ： 等 金刚石线 锯切 割晶体硅模式研究
制 和模 型及 实验 的研 究进 一 步确定 。 金 刚石 对脆 性材 料 的压 痕 、 痕实 验和 机制 ， 刻 已 有 学者 进行 了较 多 的研 究 Ｊ 。宗 文俊 等 在金 刚
的刻划 实 验 。切 割 设 备 为 沈 阳科 晶 ＳＸ 一６ １ Ｌ ０ Ａ型 往 复式 单线 切割 机 ， 大 的线 速 度 为 ２ｍ ｓ依靠 砝 最 ／， 码 的重 量和液 压 系统 控 制 工 件 的进 给速 度 ， 割 过 切
Ａｂｓｒ ｃ ： ｉｍｏ ｄ ｗｉｅ ｓ ｗ ｓ ａ ｐ ｏ ｓｎ ｕ ｔｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｆ ｒｓｌｃ ｎ ｓ ｌ ｒｗａｅ ｒ ｄ ｃｉ ｎ． ｐ ｒ— ｔ ａ ｔ Ｔｈｅ ｄ ａ ｎ ｒ ａ ｗａ ｒ ｍｉｉ ｇ ｃ ｔｉ ｇ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｉ ｏ ｏａ ｆ ｒｐ ｏ ｕ ｔ ｉ ｏ Ｅｘ ｅ ｉ ｍｅ ｔ ｆｓｎ ｌ ａ ｎ ｃ ｒｎ ｆｃ ｙ ｔｌｉ ｅ ｓｌｃ ｎ ａ ｄ ｄ ａ ｎ ｒ ａ ｓｉｉ ｇ ｏ ｒ ｓａｌｎ ｉｉｏ ａ ｅ ｂ ｅ ｎ ｓ ｏ ｉ ｇｅ ｄｉｍｏ ｄ ｓ ｏ ｉ ｇ ｏ ｒ ｓａｌｎ ｉｉｏ ｎ ｉ ｍｏ ｄ ｗｉｅ ｓ ｗ ｌ ｎ ｆｃ ｔｌｉ ｅ ｓｌｃ ｎ ｈ ｖ ｅ ｎ ｃ ｙ
ｓ ｒ ｃ ｓａｌｎ ｉｉｏ ｓｃ ｔｂ ｉ ｍｏ ｄ ｗｉｅ ｓ ｗ ｎ ｂ ｔｌ ｄｅ ， ｔ ｒ ｋ ｎ ｐ ｔ ｎ ｃ ｔｓ ｒａ ｅ ａ ｒｔｌ ｕ ｅ， ｒ ｔｌｉ ｅ ｓｌｃ ｎ ｗａ ｕ ｙ ｄ ａ ｎ ｒ ａ ｉ ｒ ｔｅ ｍｏ ｌ ｗｉｈ ｂ ｏ ｅ ｉｓ ｏ ｕ ｕ ｆ ｃ ｓ， ｎｄ ｂ ｔｅ ｙ ｉ ｉ
ＣＡＩＥｒｈ ｉ Ｔ — ｕ ， ＡＮＧ ｎ ｂ ｎ ＺＨＯＵ ａ ｇ Ｂｉ — ｉ ｇ， Ｌｎ
往复式电镀金刚石线锯切割单晶硅片特性研究
第38卷第2期 人 工 晶 体 学 报 Vol .38 No .2 2009年4月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS Ap ril,2009往复式电镀金刚石线锯切割单晶硅片特性研究高玉飞,葛培琪,李绍杰(山东大学机械工程学院,济南250061)摘要:通过往复式电镀金刚石线锯切割单晶硅片实验,分析了切片表面的微观形貌特点,研究了锯丝速度与进给速度对硅片的表面粗糙度、总厚度偏差(TT V )、翘曲度与亚表面损伤层厚度(SS D )的影响规律。
结果表明:线锯锯切时材料以脆性模式去除,锯切表面的微观形貌呈现部分沟槽与断续划痕,并存在大量凹坑;锯丝速度增大,进给速度减小,表面粗糙度与SS D 减小;锯丝速度增大,进给速度增大,硅片的翘曲度也随之增大;硅片TT V 值与锯丝速度和进给速度的匹配关系相关。
关键词:金刚石线锯;单晶硅;晶片;加工质量中图分类号:TG58 文献标识码:A 文章编号:10002985X (2009)022*******Study on the M ach i n i n g Performance of S i n gle Cryst a l S ili conW afer Cut by Usi n g Rec i proca ti n g Electropl a tedD i a m ond W i re SawG AO Yu 2fei,GE Pei 2qi,L I Shao 2jie(School of Mechanical Engineering,Shandong University,J inan 250061,China )(Received 4June 2008,accepted 25June 2008)Abstract:W ire sa w s peed and ingot feed s peed have significant effects on the wire sa w machining p r ocess .Based on reci p r ocating electr op lated dia mond wire sa w slicing monocrystalline silicon wafers experi m ents,the silicon wafer surface t opography was analyzed,and the influences of wire sa w s peed and feed s peed on wafers surface r oughness,t otal thickness variati on (TT V ),war page and subsurface da mage layer thickness (SS D )were studied .The results indicate that the materials re moval is in a brittle regi m e in wiresa w slicing,and there are s ome gr ooves,inter m ittent scratch marks and l ots of p its on cutting surface .The surface r oughness and SS D decrease with the wire sa w s peed increase and feed s peed decrease,the waferwar page increases with the increase of wire sa w and feed s peed .The wafer TT V value is cl osely related with the matching relati ons bet w een wire sa w s peed and ingot feed s peed .Key words:dia mond wire sa w;monocrystalline silicon;wafer;machining quality 收稿日期:2008206204;修订日期:2008206225 基金项目:国家自然科学基金(No .50475132) 作者简介:高玉飞(19812),男,山东省人,博士研究生。
金刚石飞切加工的研究进展
２ 金 刚石 飞切 加工 的刀具 几何运 动
金 刚石飞 切加 工是 把 金刚石 刀 具安 装在 圆形 的 飞刀 盘上 ，并 在 飞 刀盘 上安装相应的配重， 然后再将飞刀盘安装在机床主轴上 ， 金刚石刀具随主轴 高速旋转。工件安装在工作 台支架上 ， 工件作平面运动 ， 从而进行切削（ 如图 １ｏ 金刚石飞切加工为断续加工， 金刚石刀具随飞刀盘每旋转一周 ， 刀具 与工 件只接触一次， 而在每次切削过程中切深又是随飞刀盘的旋转角度不断变化 的， 这必然对刀具的磨损， 加工的微结构表面质量 ， 加工中的切削力， 切削温 度和切削能产生巨大的影响。
一
１ 微 切削领 域 的金 剐石切 削加 工
二十一世纪随着科技的发展 ， 微结构功能表面越来越精密化、 多样化 、 其 在各个领域都显示 出越来越重要的应用价值和广阔的应用前景。 微结构功能 表面的超精密ｌ 工、 Ｊ 精密复制以及对于复杂表面测试与测量等技术 已成为被 Ｊ 口 国际公认的重要研究领域。 金刚石飞切加工是一种高效的超精密加工技术 。与其它金刚石加 丁方 法相比， 金刚石飞切加工能加工 出比较复杂的表面结构， 尤其对于线性槽微 结构和由多条相交线组成的微槽结构阵列 ， 重复陛的棱柱矩阵 、 金字塔矩阵 和应用于特殊反射表面涂层 、 薄片和磁带 的微结构的加工 ， 金刚石飞切加工 都起着极其重要的作用。 它可以在没有后期抛光的情况下直接加工出具有纳 米级表面质量和亚微米级面形精度的微结构表面。 由于金刚石飞刀切削加工 在微结构功能表面加工制造方面的众多优势， 其在通讯设备、 医疗设备、 微光 学元件等制造业 中拥有广泛的应用前景。
金刚石线切割单晶碳化硅锯切力的实验研究
金 刚 石 与 磨 料 磨 具 工 程
Ｄｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ＆ Ａｂ ｒ ａ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ Ｅ பைடு நூலகம் ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｆｅ ｂ．２ Ｏ１ ４ Ｎｏ ． １ Ｖｏ１ ． ３ ４ Ｓｅ ｒ ｉ ａ ｌ １ ９９
ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｗｉ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ，ｆ ｅ ｅ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｎｄ ｔ ｅ ｎｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｎ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅ ｄ． Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍｓ ｏ ｆ ｓ ａ ｗｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ ｐ ｅ ｒ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ， ｏ ｎ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ． Ｗ ｈｅ ｎ ｄ ｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ｗｉ ｒ ｅ ｓ ａ ｗ ｉ ｓ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎｇ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ，ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｗｉ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｆ ｅ ｅ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ．Ｔｈｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ ｐ ｅ ｒ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｃ ａ ｎ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｖ ｅ ａ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｗｈ ｅ ｎ ｓ ａ ｗｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｎ ｇｌ ｅ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ Ｓｉ Ｃ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ｄｉ ａ ｍｏ ｎｄ ｗｉ ｒ ｅ ｓ ａ ｗ ；ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｃ ｒ ｙｓ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏｎ ｃ ａ ｒ ｂｉ ｄ ｅ；ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ；ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｐｅ ｒ
《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》
《单晶硅各向异性超精密切削仿真与实验研究》一、引言随着微电子技术的快速发展，单晶硅作为一种重要的半导体材料，在集成电路制造领域扮演着不可或缺的角色。
由于其材料本身的特殊性，如硬度高、各向异性等特点，单晶硅的超精密切削加工一直是国内外学者研究的热点。
本研究通过对单晶硅各向异性的超精密切削过程进行仿真与实验研究，旨在揭示切削过程中的材料去除机理，为提高切削效率和加工精度提供理论依据。
二、单晶硅材料特性及切削难点单晶硅具有优异的物理、化学性质，如高硬度、高耐磨性以及各向异性等。
这些特性使得在切削过程中，刀具易磨损，切削力大，且易产生加工误差。
此外，由于单晶硅的晶体结构复杂，不同方向的力学性能差异显著，这给超精密切削带来了极大的挑战。
因此，研究单晶硅的各向异性超精密切削过程，对于提高加工效率、降低加工成本、提高加工精度具有重要意义。
三、仿真研究为了深入理解单晶硅各向异性超精密切削过程中的材料去除机理，我们采用仿真软件进行模拟研究。
通过建立切削过程的物理模型，设置合理的边界条件和参数，模拟了切削过程中材料的变形、断裂以及刀具的磨损等情况。
仿真结果表明，在切削过程中，材料的去除与晶体结构密切相关，不同方向的切削力差异显著。
此外，我们还发现，合理的切削参数可以显著降低切削力，减小刀具磨损，提高加工效率。
四、实验研究为了验证仿真结果的准确性，我们进行了单晶硅各向异性的超精密切削实验。
实验中，我们采用了不同的切削参数和刀具材料，观察了切削过程中的材料去除情况、切削力、刀具磨损等指标。
实验结果表明，仿真结果与实验数据基本一致，验证了仿真模型的准确性。
同时，我们还发现，在实际切削过程中，合理选择切削参数和刀具材料对于提高加工效率、降低加工成本具有重要意义。
五、结论与展望通过仿真与实验研究，我们深入理解了单晶硅各向异性超精密切削过程中的材料去除机理，为优化切削过程提供了理论依据。
研究发现，合理选择切削参数和刀具材料可以显著提高加工效率、降低加工成本、减小刀具磨损。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
［ ］ 结 构 振 动 控 制： 主 动／半 主 动 和 智 能 控 制 ６ 欧 进 萍． ［ 北京 ： 科学出版社 ， Ｍ］ ． ２ ０ ０ ３． ［ ］ ７ ｈ ｉ ｌ ｉ ｓ Ｒ Ｗ． Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ ｐ ［ ， ： Ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ Ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ Ｄ］ ． Ｂ ｅ ｒ ｋ ｅ ｌ ｅ Ｃ ａ ｌ ｉ ｆ ． Ｄ ｉ ｓ ｓ ｅ ｒ ｔ ａ ｙ － ， ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ ａ ｋ ｉ ｆ ｏ ｒ ｎ ｉ ａ １ ９ ６ ９． ［ ］ ８ ａ ｋ ｒ ｉ ｓ Ｎ， Ｓ ｃ ｏ ｔ ｔ Ａ Ｂ， Ｄ ｏ ｕ ｌ ａ ｓ Ｐ Ｔ． Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｒ ｈ ｅ ｏ ｌ ｏ ｉ Ｍ ｇ ｇ － ｃ ａ ｌ Ｄ ａ ｍ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ Ａ ｎ ｎ ｕ ｌ ａ ｒ Ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｐ － ］ ， ｔ ｉ ｏ ｎ Ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ［ Ｊ ． Ｓ ｍ ａ ｒ ｔ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ．Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ． １ ９ ９ ６， ｐ ｐ （ ） ： ５ ５ ５ ５ １ － ５ ６ ４． ［ ］ 张红辉 ， 余 昭． 单出杆磁流变阻尼器特性影 ９ 徐海鹏 ， 响因素 及 其 附 加 刚 度 研 究 ［ ］ 机 械 设 计 与 研 究， Ｊ ． （ ） ： ２ ０ １ １， ２ ７ ６ ３ ７ － ３ ９． ， ， Ｘ ｕ Ｈ ａ ｉ ｅ ｎ Ｚ ｈ ａ ｎ Ｈ ｏ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｙ ｕ Ｚ ｈ ａ ｏ ． Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｐ ｇ ｇ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｒ Ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｉ ｎ ｙ － ［ ］ ｌ ｅ － ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ＭＲ Ｄ ａ ｍ ｅ ｒ Ｊ ． Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｇ ｐ ｇ － ， （ ） ： ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ２ ０ １ １， ２ ７ ６ ３ ７ － ３ ９． ［ ］ １ ０ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｔ －Ｂ ｒ ｕ ｎ ｏ Ｊ Ｙ， Ｔ ｒ ｏ ｓ ｓ ｅ ｉ ｌ ｌ ｅ Ｘ， Ｌ ｅ Ｃ ｏ ｚ Ｊ Ｙ， ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｉ ｎ ｕ ｒ Ｒ ｉ ｓ ｋ ｉ ｎ Ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ Ｃ ａ ｒ Ｃ ｒ ａ ｓ ｈ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｏ ｃ Ｔ ｈ ｏ ｒ ａ ｃ ｉ ｃ ｊ ｙ －
金刚石飞切单晶硅的切削力模型及试验研究 — — — 闫艳燕 王润兴 赵 波
金刚石飞切单晶硅的切削力模型及试验研究
闫艳燕 王润兴 赵 波
河南理工大学 ， 焦作 ， ４ ５ ４ ０ ０ ０
摘要 ： 首先对金刚石飞切单晶硅的加工特点进行分析 ， 建立了未变形切屑厚度模型及材料去除类型 的理论判定条件 ； 然后推导出了适合金刚石飞切加工特点和单晶硅材料特性的数学预测模型 ； 最后进行 并通过切削力试验值与模型计算值对比验证了切 削 力 模 型 的 合 理 性 。 同 时 根 据 试 了切削力正交试验 ， 验结果总结了各主要加工参数 （ 切深 ａ 进给量 ｆ、 主轴转速 ｎ） 及其产生的最大未变形切屑厚度 ｈｍａ ｘ对 ｐ、 切削力的影响规律 。 关键词 ： 单晶硅 ； 金刚石飞切 ； 切削力模型 ； 未变形切屑厚度 中图分类号 ： ： ／ Ｔ Ｇ ５ ０ １． ３ ＤＯ Ｉ １ ０． ３ ９ ６ ９ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ０ ０ ４ － １ ３ ２ Ｘ． ２ ０ １ ６． ０ ４． ０ １ ５ ｊ Ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ Ｃ ｒ ｓ ｔ ａ ｌ Ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｄ ｉ ａ ｍ ｏ ｎ ｄ Ｆ ｌ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ － ｇ ｐ ｇ ｙ ｙ ｇ Ｙ ａ ｎ Ｙ ａ ｎ ａ ｎ Ｗ ａ ｎ Ｒ ｕ ｎ ｘ ｉ ｎ Ｚ ｈ ａ ｏ Ｂ ｏ ｙ ｇ ｇ ， ， ， Ｐ ｏ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｊ ｉ ａ ｏ ｚ ｕ ｏ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ４ ５ ４ ０ ０ ０ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ｙ ｙ ： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔＴ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ｃ ｒ ｓ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ａ ｍ ｏ ｎ ｄ ｆ ｌ － ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｗ ｅ ｒ ｅ ｐ ｇ ｇ ｙ ｙ ｇ ， ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄ ｃ ｈ ｉ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ｐ ｙ － ， ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ａ ｎ ｔ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｍ ａ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｕ ｉ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｒ ｅ ｍ ｏ ｖ ａ ｌ ｗ ｅ ｒ ｅ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｓ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｙ ｇ ｙ ｐ ｐ ｙ ， ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｗ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｂ ｅ ｆ ｉ ｔ ｓ ｂ ｏ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｔ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ａ ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ｐ － ， ｍ ｏ ｎ ｄ ｆ ｌ － ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｒ ｏ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ｃ ｒ ｓ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｙ ｇ ｇ ｙ ｐ ｐ ｇ ｙ ｙ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｗ ａ ｆ ｅ ｒ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｇ ｇ ｐ － ， ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｍ ｏ ｎ ｄ ｆ ｌ － ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ． Ａ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｏ ｆ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ａ ｓ ｂ ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｐ ｙ ｇ ｙ ｇ ｙ ｐ ｇ － ，ｍ ， ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ｏ ｆ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｅ ａ ｎ ｗ ｈ ｉ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ｕ ｌ ｅ ｓ ｐ ｇ ｈｍａ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄ ｃ ｈ ｉ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｘａ ｇ ｐ ｇ ｐ ｇ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ． ｓ ｕ ｍｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｐ ： ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ｃ ｒ ｓ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ａ ｍ ｏ ｎ ｄ ｆ ｌ － ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｕ ｎ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄ ｃ ｈ ｉ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｙ ｇ ｙ ｙ ｇ ｇ ｐ
［ ］ ｃ ｕ ａ ｎ ｔ Ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｂ ｅ ｌ ｔ Ｌ ｏ ａ ｄ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｒ Ｊ ． Ｓ Ａ Ｅ ｐ ， ９ ８ ３ １ ６ ６． Ｐ ａ ｅ ｒ ｐ ［ ］ １ １ 兵 器 工 业 无 损 检 测 人 员 技 术 资 格 鉴 定 考 核 委 员 常用钢材磁特性曲线速查手册 ［ 北京 ： 机械 会． Ｍ］ ． 工业出版社 ， ２ ０ ０ ３． ［ ］ 磁流变传动理 论 与 实 验 研 究 ［ 重庆： 重庆 １ ２ 郑军 ． Ｄ］ ． 大学 ， ２ ０ ０ ８． ［ ］ 基于乘员保护的汽车正面碰撞结构设计 １ ３ 王大志 ． 与变形控制研究 ［ 北京 ： 清华大学 ， Ｄ］ ． ２ ０ ０ ６． （ 编辑 王艳丽 ）
０ 引言
单晶硅具备优良的物理化学特性 ， 不仅是各
收稿日期 ： ２ ０ １ ５ ０ ２ １ ６ － － 基金项目 ： 国家自然科学基金资助项目 （ ） ５ １ ２ ０ ５ １ １ ２
种微机电器件的 主 要 衬 底 材 料 ， 而且还是一种十 具有巨大的实用价值 ， 对 分重要的红外光学材料 ， 其进行机 械 精 密 超 精 密 加 工 方 面 的 研 究 从 未 中
作者简介 ： 赵晓昱 ， 女， １ ９ ６ ７ 年 生。 上 海 工 程 技 术 大 学 汽 车 工 程 长春理工大学机械电子工程学院 博 士 研 究 生 。 主 要 学院副教授 ， 研究方向为汽车设计 、 汽车车身设计与制造 。 发 表 论 文 ２ ０余篇。 王晓聪 ， 男， １ ９ ８ ７ 年生 。 上海工程技 术 大 学 汽 车 工 程 学 院 硕 士 研 究生 。 王岩松 ， 男， １ ９ ７ １ 年生 。 上海 工 程 技 术 大 学 汽 车 工 程 学 院 男， 教授 。 汪佳农 ， １ ９ ９ ２ 年生 。 上海 工 程 技 术 大 学 汽 车 工 程 学 院 硕士研究生 。