超声振动辅助单晶硅划片断面损伤的研究

【作者】 沈剑云； 宋伟； 李政材； 徐西鹏；

【机构】 华侨大学机电及自动化学院；

【摘要】 目前单晶硅这种半导体材料被广泛的应用于集成芯片以及光伏发电领域。超薄金刚石砂轮划片具有切割稳定性好,加工速度快等优点,适用于大批量的半导体元件生产,同时兼具良品率高等特点,因此超薄金刚石砂轮划片是目前应用最多的单晶硅划片技术。单晶硅属于硬脆性材料,使用金刚石砂轮划片容易产生崩边的现象。由于单晶硅划片处于整个工艺流程靠后的位置,产生的缺陷不会被后续的工艺消除。而超声振动辅助加工硬脆性材料具有效率高、质量好等优势。使用超声振动辅助划片,可有效减少崩边现象的产生。本文分别对单晶硅试样进行超声振动辅助划切与普通划切,通过对切削力、断面形貌以及断面损伤层深度观察检测并进行分析对比,探究了两种划切方式对单晶硅断面损伤的影响。本文的主要研究工作如下:(1)采用自行设计的专用超声切割刀柄进行超声辅助划切单晶硅实验,测得锯切力并与普通划切工艺进行对比。结果表明,在相同加工参数下超声划切产生的划切力要小于普通加工过程中产生的划切力。在转速较低时,超声作用对划切力的降低效果比较明显,当转速较高时超声划切所产生的划切力与普通划切产生的划切力之间的差距将会减小。当进给速率较小时,超声辅助划切产生的划切力与普通划切时产生的划切力的大小比较相近。而当进给速率增大时,它们两者的差距将会变大。(2)通过扫描电镜观察切断面的表面形貌,分析了超声辅助划切与普通划切两种工艺在材料去除的方式上有何差异。结果表明,在超声振动的作用下磨粒会沿着锯片的径向产生高频往复运动,对工件材料产生冲击,完成细化工件材料的作用,使材料更易的去除。断面的形貌特征与超声辅助振动下磨粒运动轨迹的理论分析的结果一致。(3)采用化学蚀刻法测量断裂层的深度,分析超声振动辅助单晶硅划片对断面损伤的影响。结果表明,超声辅助划切的单晶硅损伤层深度要小于普通划切的损伤层深度。随着主轴转速的提高单晶硅的损伤层深度逐渐的降低,随着进给速率的增大单晶硅断面的损伤层逐渐增大;超声划切所产生的断面损伤在进给速率较低时与普通划切差异较小,随着进给速率的增大其差异也逐渐变大。更多还原