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碳化硅的线锯切片技术与加工机理研究

作　者: 孟磊
导　师: 韩云鹏
学　校: 山东大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 线锯碳化硅去除机理
分类号: TQ163
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-9
第1章绪论  9-19
  1.1 本课题研究的目的与意义  9-10
  1.2 晶体切片技术  10-12
    1.2.1 内圆切片技术  10-11
    1.2.2 游离磨料线锯切片技术  11
    1.2.3 固结磨料线锯切片技术  11-12
  1.3 硬脆材料去除机理研究  12-14
  1.4 硬脆材料锯切加工质量研究  14-17
    1.4.1 锯切裂纹和损伤层研究  14-16
    1.4.2 锯切粗糙度研究  16-17
  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  17
  1.6 本课题研究的主要内容  17-19
第2章碳化硅金刚石线锯切割试验及工艺参数设置  19-31
  2.1 线锯切割设备  19-21
  2.2 试验方法  21-24
    2.2.1 碳化硅的性能及试样制作  21
    2.2.2 试验数据的采集  21-24
  2.3 锯切工艺参数设置  24-28
    2.3.1 锯丝振动特性  25-26
    2.3.2 锯丝的拉断  26-27
    2.3.3 最佳工艺参数的确定  27-28
  2.4 本章小结  28-31
第3章碳化硅晶体金刚石线锯加工试验研究  31-45
  3.1 试验方案设计  31
  3.2 碳化硅线锯切割锯切力分析  31-33
  3.3 碳化硅线锯切割材料去除率分析  33-34
  3.4 碳化硅线锯切割表面微观形貌分析  34-36
  3.5 碳化硅线锯切割表面粗糙度分析  36-38
  3.6 碳化硅线锯切割锯丝磨损  38-40
  3.7 正交实验与工艺参数优化  40-42
  3.8 本章小结  42-45
第4章碳化硅金刚石线锯切片加工机理研究  45-53
  4.1 碳化硅晶体的结构与性能  45
  4.2 硬脆材料去除机理模型  45-46
  4.3 脆性材料塑性域去除的条件  46-47
  4.4 单颗磨粒锯切力分析  47-49
  4.5 碳化硅线锯切割去除机理分析  49-51
  4.6 本章小结  51-53
总结与展望  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
学位论文评阅及答辩情况表  60

碳化硅的线锯切片技术与加工机理研究

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