往復(fù)式金剛石線鋸縱向運(yùn)動(dòng)特性及影響分析與試驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-04 16:42
硬脆性材料如單晶硅、光學(xué)玻璃、藍(lán)寶石等因具有高硬度,高耐磨,耐腐蝕、抗氧化、高電阻率等良好的物理化學(xué)性能,而廣泛運(yùn)用于軍用和民用行業(yè)。因材料的硬脆特性,使得加工過程困難。目前往復(fù)式金剛石線鋸切割因?yàn)榫哂懈咝�、窄切縫等諸多優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為硅片切割領(lǐng)域很有發(fā)展前景的切割技術(shù)。但切割過程中的線鋸運(yùn)動(dòng)特性對(duì)工件表面質(zhì)量影響大,因此為了獲得更好的工件表面質(zhì)量,迫切需要對(duì)切割力和工件表面的形成原因進(jìn)行研究。在往復(fù)式金剛石線鋸切割過程中,線鋸縱向位移運(yùn)動(dòng)使得線鋸在切割工件表面的誤差敏感方向上出現(xiàn)切割痕跡。因此,從往復(fù)式金剛石線鋸切割系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性出發(fā)對(duì)切割工件表面質(zhì)量和切割力的影響進(jìn)行研究。本文論述了往復(fù)式金剛石線鋸切割系統(tǒng)線鋸縱向運(yùn)動(dòng)分析、線鋸縱向位移與線鋸速度同步測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施、線鋸切割工件的縱向切割力分析建模和線鋸切割工件的表面形貌分析。從分析往復(fù)式金剛石線鋸切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性出發(fā),分析線鋸縱向運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生,分別對(duì)線鋸空載與切割工件時(shí)線鋸縱向位移進(jìn)行建模與實(shí)驗(yàn)。為了提高實(shí)驗(yàn)中測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)性,搭建縱向位移和線鋸速度同步測(cè)量系統(tǒng),將激光位移傳感器采集的線鋸縱向位移數(shù)據(jù)以電壓信號(hào)的方式接入到數(shù)據(jù)采集系...
【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光伏產(chǎn)業(yè)中的單晶Si應(yīng)用
得困難。目前，以IC產(chǎn)業(yè)為代表的電子信息產(chǎn)業(yè)，是占領(lǐng)未來5G時(shí)代技術(shù)高地的關(guān)鍵。作為其基礎(chǔ)原材料，以單晶Si為代表的半導(dǎo)體材料不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多次更新迭代。分別是第一代單晶或多晶硅，第二代的砷化鎵、砷化鋁，目前已經(jīng)發(fā)展到第三代氮化鎵、碳化硅。其中，第一代材料典型代表單晶Si，具有寬帶隙、高速率漂移、高熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，因此被做成大功率器件，廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電、微電子等領(lǐng)域，幫助減輕化石燃料引起的能源和環(huán)境問題[3]。圖1-1光伏產(chǎn)業(yè)中的單晶Si應(yīng)用Fig.1-1SingleCrystalSiinPhotovoltaicIndustry圖1-2IC產(chǎn)業(yè)中單晶Si制成的晶圓Fig.1-2WafersMadebySingleCrystalSiintheICIndustry由于大尺寸單晶Si的超精密加工的不斷發(fā)展，對(duì)單晶Si的切割質(zhì)量要求越來越高[4]。單晶硅棒需經(jīng)過切片、研磨、拋光、激光刻蝕才能成為晶圓[5]。硅片的切割作為第一道工序，其切割質(zhì)量將會(huì)直接影響后續(xù)工序。如果切割后的硅片表面過于粗糙，在后續(xù)工序中，加工余量更小，無(wú)法消除因切割而造成的表面誤差。如果切割后的硅片產(chǎn)生的損傷層太深，在后續(xù)研磨等工序中，硅片內(nèi)部會(huì)應(yīng)力不均而產(chǎn)生碎片，造成很大的廢品率。因此，第一道工序——硅片的切割會(huì)深度影響后續(xù)工序，其成本在整個(gè)硅片加工制造總成本中占一半以上[6,7]。所以，在滿足切割條件和加工余量的前提下，進(jìn)行低損傷、高效、高質(zhì)量加工，并能減少后續(xù)工序加工量是現(xiàn)階段值得研究的問題[8]。
1緒論3圖1-3硬脆材料加工方法Fig1-3HardandBrittleMaterialProcessingMethodClassification1.2.1金剛石圓片鋸切割技術(shù)金剛石圓片鋸主要是由附著金剛石和中心鋼芯兩部分構(gòu)成。附著金剛石是粒徑在150到1000μm的金剛石微小顆粒粘合在粘合劑中，以電鍍形式附在基體的外邊緣。因?yàn)榛w外邊緣的位置不同，圓片鋸切割可分為內(nèi)圓鋸切割和外圓鋸切割[9,10]。圖1-4和圖1-5分別示意了金剛石內(nèi)圓鋸和金剛石外圓鋸切割設(shè)備，該切割技術(shù)主要用于石材切割。金剛石外圓鋸切割是將微小金剛石以電鍍的形式附在鋸片的外圓周上，通過高硬度的金剛石作為磨粒以磨削的形式去除材料。濟(jì)鋼時(shí)外圓片鋸切割設(shè)備主要分立式機(jī)床和臥式機(jī)床，由五部分構(gòu)成：主軸旋轉(zhuǎn)切割系統(tǒng)、機(jī)床控制系統(tǒng)、上位機(jī)軟件系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。外圓片鋸具有高效率、易操作等優(yōu)點(diǎn)，但在切割時(shí)，鋸片容易發(fā)生偏移，剛性不好。外圓鋸的切割速度可以很高，可以以30m/s的速度切割石材。由于外圓鋸的高速切割，鋸片會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，對(duì)外圓片鋸自身的鋸切力產(chǎn)生較大影響[10,11]。外圓片鋸的鋸切深度不可超過鋸片的1/3，因此其加工范圍是有限制的，并且隨著鋸片直徑的增加，鋸片剛度降低，振動(dòng)加劇，鋸切質(zhì)量降低。內(nèi)圓鋸切割不同于外圓鋸切割的地方是其金剛石顆粒附在內(nèi)圓的邊緣，并且框緊鋸片外部，保證鋸片有一定的的剛性。最薄的內(nèi)圓鋸片只有0.1mm。在進(jìn)行內(nèi)圓片鋸切割過程中，內(nèi)邊緣附著的金剛石顆粒好比是切削刃。切割大尺寸工件時(shí)，有較大耗材，并且有較深的切痕(20-30μm)，甚至出現(xiàn)翹曲。這使得其應(yīng)用具有局限性[12]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]FAW加工過程線鋸振動(dòng)建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 湯奧斐,李淑娟,李倫,李言,紀(jì)磊磊. 應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[2]硅晶圓分層劃片工藝試驗(yàn)研究[J]. 尹韶輝,楊宏亮,陳逢軍,耿軍曉,張俊杰. 表面技術(shù). 2018(07)
[3]單晶Si電火花線切割工藝的多目標(biāo)優(yōu)化研究[J]. 路雄,李淑娟,辛彬,李志鵬. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2018(08)
[4]基于ANSYS Workbench金剛石圓鋸片的力學(xué)分析[J]. 李陽(yáng),王硯軍,秦可. 金剛石與磨料磨具工程. 2017(02)
[5]SiC單晶線鋸切片微裂紋損傷深度的有限元分析[J]. 高玉飛,陳陽(yáng),葛培琪. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(12)
[6]SiC單晶切割過程中接觸弧長(zhǎng)建模與實(shí)驗(yàn)[J]. 王嘉賓,李淑娟,梁列,湯奧斐,麻磊. 兵工學(xué)報(bào). 2016(05)
[7]橫向超聲振動(dòng)對(duì)金剛石線鋸切割硬脆材料鋸切力及臨界切削深度的影響[J]. 李倫,李淑娟,湯奧斐,李言. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016(03)
[8]SiC單晶片加工過程中切割力的分析與建模[J]. 李淑娟,劉永,侯曉莉,高新勤. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(23)
[9]圓鋸片–花崗石切割系統(tǒng)仿真研究[J]. 葉魯浩,張進(jìn)生,王志,黃波,鞠軍偉,葛健煜,高麗君. 金剛石與磨料磨具工程. 2015(03)
[10]超聲橫向激勵(lì)下軸向運(yùn)動(dòng)金剛石線鋸振動(dòng)切割分析[J]. 李倫,李淑娟,湯奧斐,李言. 兵工學(xué)報(bào). 2014(10)
博士論文
[1]橫向超聲激勵(lì)下的金剛石線鋸切割SiC單晶機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李倫.西安理工大學(xué) 2016
[2]金剛石線鋸切割半導(dǎo)體陶瓷的機(jī)理與工藝研究[D]. 趙禮剛.南京航空航天大學(xué) 2010
[3]電鍍金剛石線鋸切割單晶硅技術(shù)及機(jī)理研究[D]. 高玉飛.山東大學(xué) 2009
[4]環(huán)形金剛石線鋸絲制造技術(shù)及鋸切實(shí)驗(yàn)研究[D]. 侯志堅(jiān).山東大學(xué) 2008
碩士論文
[1]雙絞合樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸絲研制[D]. 田海丹.山東大學(xué) 2019
[2]超聲激勵(lì)線鋸切割SiC單晶機(jī)理與工藝研究[D]. 楊少東.河南科技大學(xué) 2019
[3]三絲絞合電鍍金剛石線鋸切割晶體硅的性能研究[D]. 李海強(qiáng).河北工程大學(xué) 2014
[4]金屬切削帶鋸床數(shù)控鋸切系統(tǒng)研究[D]. 陳海烽.浙江工業(yè)大學(xué) 2014
[5]金剛石線鋸切割SiC的加工質(zhì)量研究[D]. 賀東溥.山東大學(xué) 2010
[6]電鍍金剛石線鋸快速制造工藝及設(shè)備的研究[D]. 竇百香.青島科技大學(xué) 2009
[7]基于超聲振動(dòng)—電鍍金剛石線鋸切割硬脆材料技術(shù)及機(jī)理研究[D]. 張瑩.沈陽(yáng)理工大學(xué) 2008
本文編號(hào)：2897921
【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光伏產(chǎn)業(yè)中的單晶Si應(yīng)用
得困難。目前，以IC產(chǎn)業(yè)為代表的電子信息產(chǎn)業(yè)，是占領(lǐng)未來5G時(shí)代技術(shù)高地的關(guān)鍵。作為其基礎(chǔ)原材料，以單晶Si為代表的半導(dǎo)體材料不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多次更新迭代。分別是第一代單晶或多晶硅，第二代的砷化鎵、砷化鋁，目前已經(jīng)發(fā)展到第三代氮化鎵、碳化硅。其中，第一代材料典型代表單晶Si，具有寬帶隙、高速率漂移、高熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，因此被做成大功率器件，廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電、微電子等領(lǐng)域，幫助減輕化石燃料引起的能源和環(huán)境問題[3]。圖1-1光伏產(chǎn)業(yè)中的單晶Si應(yīng)用Fig.1-1SingleCrystalSiinPhotovoltaicIndustry圖1-2IC產(chǎn)業(yè)中單晶Si制成的晶圓Fig.1-2WafersMadebySingleCrystalSiintheICIndustry由于大尺寸單晶Si的超精密加工的不斷發(fā)展，對(duì)單晶Si的切割質(zhì)量要求越來越高[4]。單晶硅棒需經(jīng)過切片、研磨、拋光、激光刻蝕才能成為晶圓[5]。硅片的切割作為第一道工序，其切割質(zhì)量將會(huì)直接影響后續(xù)工序。如果切割后的硅片表面過于粗糙，在后續(xù)工序中，加工余量更小，無(wú)法消除因切割而造成的表面誤差。如果切割后的硅片產(chǎn)生的損傷層太深，在后續(xù)研磨等工序中，硅片內(nèi)部會(huì)應(yīng)力不均而產(chǎn)生碎片，造成很大的廢品率。因此，第一道工序——硅片的切割會(huì)深度影響后續(xù)工序，其成本在整個(gè)硅片加工制造總成本中占一半以上[6,7]。所以，在滿足切割條件和加工余量的前提下，進(jìn)行低損傷、高效、高質(zhì)量加工，并能減少后續(xù)工序加工量是現(xiàn)階段值得研究的問題[8]。
1緒論3圖1-3硬脆材料加工方法Fig1-3HardandBrittleMaterialProcessingMethodClassification1.2.1金剛石圓片鋸切割技術(shù)金剛石圓片鋸主要是由附著金剛石和中心鋼芯兩部分構(gòu)成。附著金剛石是粒徑在150到1000μm的金剛石微小顆粒粘合在粘合劑中，以電鍍形式附在基體的外邊緣。因?yàn)榛w外邊緣的位置不同，圓片鋸切割可分為內(nèi)圓鋸切割和外圓鋸切割[9,10]。圖1-4和圖1-5分別示意了金剛石內(nèi)圓鋸和金剛石外圓鋸切割設(shè)備，該切割技術(shù)主要用于石材切割。金剛石外圓鋸切割是將微小金剛石以電鍍的形式附在鋸片的外圓周上，通過高硬度的金剛石作為磨粒以磨削的形式去除材料。濟(jì)鋼時(shí)外圓片鋸切割設(shè)備主要分立式機(jī)床和臥式機(jī)床，由五部分構(gòu)成：主軸旋轉(zhuǎn)切割系統(tǒng)、機(jī)床控制系統(tǒng)、上位機(jī)軟件系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。外圓片鋸具有高效率、易操作等優(yōu)點(diǎn)，但在切割時(shí)，鋸片容易發(fā)生偏移，剛性不好。外圓鋸的切割速度可以很高，可以以30m/s的速度切割石材。由于外圓鋸的高速切割，鋸片會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，對(duì)外圓片鋸自身的鋸切力產(chǎn)生較大影響[10,11]。外圓片鋸的鋸切深度不可超過鋸片的1/3，因此其加工范圍是有限制的，并且隨著鋸片直徑的增加，鋸片剛度降低，振動(dòng)加劇，鋸切質(zhì)量降低。內(nèi)圓鋸切割不同于外圓鋸切割的地方是其金剛石顆粒附在內(nèi)圓的邊緣，并且框緊鋸片外部，保證鋸片有一定的的剛性。最薄的內(nèi)圓鋸片只有0.1mm。在進(jìn)行內(nèi)圓片鋸切割過程中，內(nèi)邊緣附著的金剛石顆粒好比是切削刃。切割大尺寸工件時(shí)，有較大耗材，并且有較深的切痕(20-30μm)，甚至出現(xiàn)翹曲。這使得其應(yīng)用具有局限性[12]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]FAW加工過程線鋸振動(dòng)建模與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 湯奧斐,李淑娟,李倫,李言,紀(jì)磊磊. 應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[2]硅晶圓分層劃片工藝試驗(yàn)研究[J]. 尹韶輝,楊宏亮,陳逢軍,耿軍曉,張俊杰. 表面技術(shù). 2018(07)
[3]單晶Si電火花線切割工藝的多目標(biāo)優(yōu)化研究[J]. 路雄,李淑娟,辛彬,李志鵬. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2018(08)
[4]基于ANSYS Workbench金剛石圓鋸片的力學(xué)分析[J]. 李陽(yáng),王硯軍,秦可. 金剛石與磨料磨具工程. 2017(02)
[5]SiC單晶線鋸切片微裂紋損傷深度的有限元分析[J]. 高玉飛,陳陽(yáng),葛培琪. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(12)
[6]SiC單晶切割過程中接觸弧長(zhǎng)建模與實(shí)驗(yàn)[J]. 王嘉賓,李淑娟,梁列,湯奧斐,麻磊. 兵工學(xué)報(bào). 2016(05)
[7]橫向超聲振動(dòng)對(duì)金剛石線鋸切割硬脆材料鋸切力及臨界切削深度的影響[J]. 李倫,李淑娟,湯奧斐,李言. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016(03)
[8]SiC單晶片加工過程中切割力的分析與建模[J]. 李淑娟,劉永,侯曉莉,高新勤. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(23)
[9]圓鋸片–花崗石切割系統(tǒng)仿真研究[J]. 葉魯浩,張進(jìn)生,王志,黃波,鞠軍偉,葛健煜,高麗君. 金剛石與磨料磨具工程. 2015(03)
[10]超聲橫向激勵(lì)下軸向運(yùn)動(dòng)金剛石線鋸振動(dòng)切割分析[J]. 李倫,李淑娟,湯奧斐,李言. 兵工學(xué)報(bào). 2014(10)
博士論文
[1]橫向超聲激勵(lì)下的金剛石線鋸切割SiC單晶機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李倫.西安理工大學(xué) 2016
[2]金剛石線鋸切割半導(dǎo)體陶瓷的機(jī)理與工藝研究[D]. 趙禮剛.南京航空航天大學(xué) 2010
[3]電鍍金剛石線鋸切割單晶硅技術(shù)及機(jī)理研究[D]. 高玉飛.山東大學(xué) 2009
[4]環(huán)形金剛石線鋸絲制造技術(shù)及鋸切實(shí)驗(yàn)研究[D]. 侯志堅(jiān).山東大學(xué) 2008
碩士論文
[1]雙絞合樹脂結(jié)合劑金剛石線鋸絲研制[D]. 田海丹.山東大學(xué) 2019
[2]超聲激勵(lì)線鋸切割SiC單晶機(jī)理與工藝研究[D]. 楊少東.河南科技大學(xué) 2019
[3]三絲絞合電鍍金剛石線鋸切割晶體硅的性能研究[D]. 李海強(qiáng).河北工程大學(xué) 2014
[4]金屬切削帶鋸床數(shù)控鋸切系統(tǒng)研究[D]. 陳海烽.浙江工業(yè)大學(xué) 2014
[5]金剛石線鋸切割SiC的加工質(zhì)量研究[D]. 賀東溥.山東大學(xué) 2010
[6]電鍍金剛石線鋸快速制造工藝及設(shè)備的研究[D]. 竇百香.青島科技大學(xué) 2009
[7]基于超聲振動(dòng)—電鍍金剛石線鋸切割硬脆材料技術(shù)及機(jī)理研究[D]. 張瑩.沈陽(yáng)理工大學(xué) 2008
本文編號(hào)：2897921
本文鏈接：http://www.wukwdryxk.cn/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/2897921.html
最近更新
教材專著
