大直径晶体内圆高精度切割关键技术研究

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本文基于现阶段我国半导体材料及特种材料切割的实际需求,提出了提高大直径内圆切割精度的方法和措施。 首先研究了内圆切割的力学特性:晶体受晶体与刀片间的锯切力、沿刀片内圆切线方向的切向力和垂直于刀片的振动力三个力的作用。通过力学分析认为,切割时由于切割线速度很高,所切晶体始终承受着因主轴端面跳动引起的刀片法向振动力的作用,振动力是影响晶片翘曲度、平面度、粗糙度的重要因素。因此,提出了采用晶片自动跟踪校正系统,减小刀片振动力,修正振动性能参数,进而提高切割精度和切片质量。 通过对主轴旋转精度和刚度的分析,提出相应的措施,使主轴具有极高的动静态刚性和优良的热平衡结构,能够减小主轴轴向跳动和径向跳动,减小刀片工作面与晶体加工面之间的相对振动,从而减小刀片对切割材料表面的冲击力,减少晶体材料切割中的飞片、碎片和刀纹。 分析了刃具及被加工材料对切割精度的影响:研究认为刀片形状,刃口磨料及被加工材料性质对切割精度有很大的影响。刀片形状一般做成滴水状,有利于刀片的冷却,切割时对刀基体的撞击小,提高了刀片使用寿命;被加工材料越硬,刀刃金刚石粒度越小,锯切速度越小;相反,材料越软,粒度越大,切割速度越快。不同材料用不同的切割速度,对切割片子的翘曲度、平面度和粗糙度都有不同的影响。 研究了切割工艺对晶片切割精度的影响:张刀状况、切削液类型,工作台切割速度和进给压力是影响切片质量的重要因素,张刀提高了刀片切割时的刚度,减小了刀片的变形;刀片自动跟踪系统是一种刀刃校正装置,目的是为了减小振动力;切削液类型对切割精度有重要影响,它具有减缓刀片振动力,冷却刀片,带走切削热量,以及润滑,清洗的多重作用;进给压力越大,锯切力越大,工作台进给速度越高。 最后,通过对提高切割精度实验的分析,获得了优化的工艺条件和工艺参数。用实验验证了:当大幅度提高主轴精度的情况下,在不同的切割速度下,采用不同类型的切割液对锗、铁素体、卤化镓、砷化铟、铌酸锂、石英、石榴石、石墨等多种材料进行切片,检测其晶片的弯曲度、碎片率、刀痕、锥度等,结果显示:切片精度和切片质量取得了显著效果。
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