超声辅助划切单晶硅机理及断面损伤研究
本文选题:单晶硅 + 超声加工 ; 参考:《华侨大学》2017年硕士论文
【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。在半导体元器件的生产过程中,单晶硅的划切分割工艺是元器件封装前最后的一步加工工艺,划切过后的产生损伤将会直接被包裹并残留于工件上。所以划切加工工艺造成的损伤程度的大小直接影响着工件的质量。而超声加工作为一种特种加工方法,有利于减少脆性材料加工中的损伤,同时对脆性材料具有独特加工优势。所以本课题利用径向超声切割工具对单晶硅进行划切,系统的研究了超声振动对划切的影响,同时通过实验研究分析了超声振动对划切后单晶硅断面的损伤情况。以期为超声切割单晶硅技术提供更多的实验与理论依据。首先建立了超声加工过程划切区域中单颗磨粒的运动学模型,对磨粒在划切弧区中的运动情况进行了分析,列出了磨粒的运动轨迹、速度与加速度方程。并讨论了超声加工与普通加工过程中单颗与多颗磨粒的运动轨迹的异同。然后通过超声辅助划切单晶硅实验对超声加工状态下的划切力,划切过后工件的崩边尺寸以及划切区域底部的表面形貌进行了分析。研究发现超声划切产生的划切力要小于普通划切产生的划切力,同时由于划切力较小使得超声划切产生的崩边尺寸也较小。最后建立了超声辅助划切单晶硅断面的形成模型,分析了超声振动在划切断面形成过程中所起到的作用。对超声划切与普通划切产生的断面粗糙度进行了对比分析,发现超声辅助划切产生的断面粗糙度要小于普通划切。分析了划切断面损伤形成的机制,建立了超声辅助划切单晶硅断面损伤的模型。并通过化学蚀刻法与截面抛光法两种实验方法分别对断面的损伤层深度做了检测,实验发现超声划切产生的断面损伤要小于普通划切,并且由于化学腐蚀方法对残余应力与位错等损伤比较敏感,其测出的损伤深度要大于截面抛光法测出的损伤深度。利用压痕断裂力学原理建立了通过单晶硅划切表面粗糙度估算断面损伤层深度的理论计算模型。
[Abstract]:At present, monocrystalline silicon is widely used in the field of integrated chips and photovoltaic power generation. In the production of semiconductor components, the slicing and splitting process of monocrystalline silicon is the last processing process before packaging, and the damage after cutting will be directly wrapped and left on the workpiece. Therefore, the degree of damage caused by the cutting process directly affects the quality of the workpiece. As a special processing method, ultrasonic machining is beneficial to reduce the damage of brittle materials, and has a unique processing advantage to brittle materials at the same time. So this paper uses the radial ultrasonic cutting tool to cut the single crystal silicon, systematically studies the influence of ultrasonic vibration on the cut, and analyzes the damage of ultrasonic vibration on the section of single crystal silicon after cutting through the experiment at the same time. In order to provide more experimental and theoretical basis for ultrasonic cutting monocrystalline silicon technology. The kinematics model of a single abrasive particle in the cutting region of ultrasonic machining is established, and the motion of the particle in the cutting arc region is analyzed. The motion trajectory, velocity and acceleration equation of the particle are listed. The similarities and differences of the motion trajectories of single and multiple abrasive particles in ultrasonic machining and common machining are discussed. Then the cutting force, the size of the cut workpiece and the surface morphology of the bottom of the cutting area were analyzed by ultrasonic assisted slicing single crystal silicon experiment. It is found that the cutting force generated by ultrasonic cutting is smaller than that produced by ordinary cutting, and the size of edge breaking produced by ultrasonic cutting is smaller because of the smaller cutting force. Finally, the model of ultrasonic assisted sectioning single crystal silicon section is established, and the role of ultrasonic vibration in the formation of cut surface is analyzed. The section roughness produced by ultrasonic cutting and common cutting is compared and analyzed. It is found that the roughness of section produced by ultrasonic assisted cutting is smaller than that of common cutting. In this paper, the mechanism of cross section damage is analyzed, and the model of ultrasonic assisted cross section damage of single crystal silicon is established. The depth of the damage layer was detected by chemical etching method and section polishing method respectively. It was found that the section damage caused by ultrasonic cutting was smaller than that by common section cutting. Because the chemical corrosion method is sensitive to residual stress and dislocation damage, the damage depth measured by chemical corrosion method is larger than that measured by section polishing method. Based on the fracture mechanics of indentation, a theoretical calculation model for estimating the depth of damage layer of single crystal silicon cutting surface is established.
【学位授予单位】:华侨大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ127.2
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,本文编号:1870974
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