金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析+
金刚石锯片激光焊接缺陷和断口分析
金刚石锯片激光焊接缺陷和断口分析激光焊接的快速加热及快速冷却特性决定了焊缝的成分及组织的不均匀性，由此导致了产生各种焊接缺陷的可能性。
本文利用扫描电镜分析了金刚石锯片激光焊接过程中出现的主要焊接缺陷，如：气孔、裂纹、夹杂物。
此外，还对抗弯强度试样的断口进行了分析。
1 引言金刚石锯片刀头的激光焊接是80年代出现的新技术，其焊接强度，尤其是高温强度大大优于传统的钎焊锯片。
由于激光焊接本身的特点，焊后常常会出现一些缺陷。
本文分析了锯片激光焊接出现的缺陷和断口，对合理选材和制定焊接工艺具有一定的参考价值。
2 实验方法将刀头胎体粉末和过渡层粉末装入石墨模具中热压，热压温度为900℃，压力2000N/cm2，时间10min。
刀头胎体材料为45% 6-6-3青铜，30%钴，10%碳化钨，15%镍。
在刀头待焊处设置了约1mm厚的过渡层，过渡层含有Fe、Ni。
锯片基材为40Cr钢。
本实验采用5kW横流电激励连续CO2激光器，采用对焊方式，焊接系统见图1所示。
Fig.1 Schematic diagram of laser welding system3 结果与讨论3.1 气孔气孔是激光焊接常见的一种缺陷，即便是致密材料，激光焊接也存在气孔的问题。
焊接锯片刀头这类烧结材料，焊缝中出现气孔的可能性就更大。
试验中气孔的形成主要有3种原因：(1)低熔点组分的烧损，见图2a；(2)过渡层孔隙中的气体，见图2b；(3)保护气体的卷入，见图2c所示。
Fig.2 Pores in the welded seams(a) Burning loss of low melting point materials，(b) Diffusion of gas inpores of intermediate layer，(c) Gas pore induced by protective gas形成气孔的机理是：熔池中的液态金属在高温下溶解了较多气体，被焊过渡层孔隙中的气体也随之进入熔池。
金刚石锯片激光焊接缺陷和断口分析
金刚石锯片激光焊接缺陷和断口分析激光焊接的快速加热及快速冷却特性决定了焊缝的成分及组织的不均匀性，由此导致了产生各种焊接缺陷的可能性。
本文利用扫描电镜分析了金刚石锯片激光焊接过程中出现的主要焊接缺陷，如：气孔、裂纹、夹杂物。
此外，还对抗弯强度试样的断口进行了分析。
1 引言金刚石锯片刀头的激光焊接是80年代出现的新技术，其焊接强度，尤其是高温强度大大优于传统的钎焊锯片。
由于激光焊接本身的特点，焊后常常会出现一些缺陷。
本文分析了锯片激光焊接出现的缺陷和断口，对合理选材和制定焊接工艺具有一定的参考价值。
2 实验方法将刀头胎体粉末和过渡层粉末装入石墨模具中热压，热压温度为900℃，压力2000N/cm2，时间10min。
刀头胎体材料为45% 6-6-3青铜，30%钴，10%碳化钨，15%镍。
在刀头待焊处设置了约1mm厚的过渡层，过渡层含有Fe、Ni。
锯片基材为40Cr钢。
本实验采用5kW横流电激励连续CO2激光器，采用对焊方式，焊接系统见图1所示。
Fig.1 Schematic diagram of laser welding system3 结果与讨论3.1 气孔气孔是激光焊接常见的一种缺陷，即便是致密材料，激光焊接也存在气孔的问题。
焊接锯片刀头这类烧结材料，焊缝中出现气孔的可能性就更大。
试验中气孔的形成主要有3种原因：(1)低熔点组分的烧损，见图2a；(2)过渡层孔隙中的气体，见图2b；(3)保护气体的卷入，见图2c所示。
Fig.2 Pores in the welded seams(a) Burning loss of low melting point materials，(b) Diffusion of gas inpores of intermediate layer，(c) Gas pore induced by protective gas形成气孔的机理是：熔池中的液态金属在高温下溶解了较多气体，被焊过渡层孔隙中的气体也随之进入熔池。
影响单晶金刚石刀具的研磨的因素分析
影响单晶金刚石刀具的研磨的因素分析1金刚石刀具的研磨方法单晶金刚石刀具的制造工序一般包括选料、定向、锯割、开坯、装卡、粗磨、精磨和检验。
将选定的金刚石原石经定向后沿最大平面锯割开，可得到两把刀具的坯料，这样既能提高金刚石材料的利用率，又可削减总研磨量。
通过开坯可使刀具形状达到装卡（镶嵌或钎焊）要求。
开坯和粗、精磨加工均采纳研磨的方法。
金刚石的研磨加工在铸铁研磨盘上进行。
研磨盘的直径约为300mm，由材料组织中孔隙的形状、大小和比例均经过优化的研磨金刚石专用高磷铸铁制成。
研磨盘的表面镶嵌有金刚石研磨粉，其颗粒尺寸可从小于1m直到40m。
粗颗粒的金刚石粉具有较高的研磨速率，但研磨质量较差，因此粗磨时一般采纳粗粉，而精磨时则采纳尺寸小于1m的细粉。
研磨前，首先将金刚石粉与橄榄油或其它仿佛物质混合成研磨膏，然后涂敷在研磨盘表面，放置一段时间使研磨膏充分渗入研磨盘的铸铁孔隙中，再用一较大的金刚石在研磨盘表面进行来回预研磨，以进一步强化金刚石粉在铸铁孔隙中的镶嵌作用。
研磨时，一般将被研磨的金刚石包埋在锡斗中，只露出需研磨的面。
研磨时的研磨盘转速约为2500r/min，研磨压力约为1kg/mm2。
金刚石的研磨与其它刀具材料的加工有很大区分，其研磨机理至今尚未得到令人信服的阐释，影响研磨质量的因素也是多方面的。
下面就金刚石刀具研磨的一些工艺问题进行讨论。
2磨削量的影响因素通过试验发觉，磨削量与研磨条件的关系为V=kvp式中V研磨体积k磨削率v磨削速度p研磨压力此外，金刚石的磨向、磨料的粒度、磨粒在铸铁孔隙中的镶嵌情形等因素也会更改磨削率的大小，从而影响磨削量。
3研磨质量的影响因素金刚石硬度高、脆性大，研磨时虽然刀具表面粗糙度较易保证，但刀刃简单显现崩口，刀刃锯齿度不易降低。
超精密加工要求刀具刃口在500倍显微镜下察看无崩口，因此需要从各方面优化研磨过程，以获得平直完美的刀刃。
研磨粉粒度和研磨盘表面状态对研磨质量的影响可以看出，由于粗粉对刀刃的冲击性较大，研磨后刀刃锯齿度也较大，基本上难以研磨出无崩口的刀刃；而采纳细粉时，经过几分钟的研磨后刀刃即变得平直，锯齿度趋向于零。
单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析
单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析磨损分析是评估单晶金刚石车刀在超精密单点切削中使用过程中的性能退化情况。
磨损是由切削力和摩擦力引起的，而超精密单点切削要求较小的切削力和摩擦力。
因此，单晶金刚石车刀的磨损是非常重要的。
首先，单晶金刚石车刀的磨损主要有两种形式：刃口磨损和表面磨损。
刃口磨损会导致车刀的切削边缘变钝，从而降低切削效率和切削质量。
表面磨损主要是由刀具与工件表面接触时产生的摩擦引起的。
这些磨损形式都会导致单晶金刚石车刀的使用寿命减少。
其次，可以通过磨损分析来确定单晶金刚石车刀的磨损程度。
常用的磨损评估方法有：测量切削力和刀具表面形貌、观察工件表面质量等。
测量切削力可以间接评估刃口磨损程度，如果切削力增加，则说明刃口已经磨损。
观察工件表面质量也可以判断磨损情况，如果工件表面粗糙度增加，则说明刃口已经损坏。
最后，还可以通过磨损分析找出导致单晶金刚石车刀磨损的原因。
可能的原因包括：切削条件不合适、切削速度过高、切削液不合适等。
通过找出磨损原因，可以采取相应的措施来减少磨损，延长单晶金刚石车刀的使用寿命。
总之，单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析是评估其使用寿命和性能的重要手段。
通过磨损分析，可以确定磨损程度，找出导致磨损的原因，并采取相应的措施来延长车刀的使用寿命。
此外，单晶金刚石车刀磨损分析还可以提供对刀具寿命的预测和刀具性能的改进。
通过磨损分析，可以获取关于刀具磨损速率和刀具寿命的重要信息。
这些信息对于制定合理的刀具更换计划非常关键，以避免频繁更换刀具或过度使用磨损严重的刀具。
磨损分析还可以帮助改进单晶金刚石车刀的设计和制造工艺。
通过观察磨损形态和区域，可以了解刀具的磨损机制和影响因素。
这对于优化刀具的材料、几何形状和涂层等方面非常有价值。
例如，可以针对刀具的磨损情况进行改进，使其更耐磨、更耐用，并提高切削效率和切削质量。
此外，磨损分析还可以通过对比不同切削条件下的磨损情况，寻找最佳的切削参数组合。
金刚石线锯切割大直径SiC单晶
金刚石线锯切割大直径SiC单晶3陈秀芳,李 娟,马德营,胡小波,徐现刚,王继扬,蒋民华(山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100)摘 要: 采用金刚石线切割大直径的SiC单晶,研究了金刚石线锯的切割机理和切割参数,给出切割SiC 单晶的实验结果。
研究了金刚石线的寿命及各切割参数对线径减少量、翘曲度、表面粗糙度的影响。
用光学显微镜观察了磨损的金刚石线和切割表面。
关键词: 金刚石线;SiC;翘曲度中图分类号: O782.9文献标识码:A 文章编号:100129731(2005)10215752031 引 言SiC是一种重要的半导体材料,不但可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料,同时又是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一[1～3]。
虽然生长出高质量大直径的SiC单晶极为重要,但是此后的晶片加工则对晶片的表面质量起决定作用,其中把体块单晶切割成翘曲度小、厚度均匀、刀缝损失小的晶片非常重要,否则将给后序的磨抛工作带来极大困难。
由于SiC的莫氏硬度为9.2,仅次于金刚石(其莫氏硬度为10),加工难度很大。
当晶体的直径达到2英寸时,常规的内圆切割机不能有效地工作,必须采用金刚石线切割技术。
该技术与传统的切割方法相比,有以下几个优点[4]:(1)可加工非导电材料,而传统的放电加工则不能;(2)可进行多线切割[5];(3)刀缝损失小。
这对加工成本高的半导体和贵重材料非常重要。
用直径350μm的金刚石线切SiC单晶时,刀缝才为0.3048mm;(4)可自由改变切割位向。
大直径SiC单晶的切割还未见报道,本文研究了金刚石线锯的切割机理和切割参数,给出切割SiC单晶的实验结果。
研究了金刚石线的寿命及各切割参数对切割时间、线径减少量、翘曲度、表面粗糙度的影响。
用光学显微镜观察了磨损的金刚石线和切割表面。
2 几个重要的切割参数简介及切割线的受力分析2.1 线 速类似于高速研磨,金刚石线切割需要高的线速以降低对金刚石颗粒的切削力、减少线的磨损和金刚石颗粒的脱落,从而实现高的材料去除速率。
晶体硅的金刚石线锯切割性能研究
晶体硅的金刚石线锯切割性能研究金刚石线锯系为通过电镀的方式将金刚石颗粒固结镶嵌在钢丝表面的镀层上制成的一种线锯,以它切割硅片相比于传统的砂浆线锯切割有切割效率高,切割硅屑更容易回收,综合成本低等优势,有大规模应用的广阔前景,但业界对其切割硅片的表面质量与表层机械损伤情况尚存疑问。
我们针对这一问题对晶体硅的金刚石线锯切割性能开展了研究。
对金刚石刻划单晶硅片的机理及模式进行了实验研究。
金刚石在较大压力下刻划时,主要以脆性模式加工晶体硅,划痕呈破碎崩坑状；而在较小的压力下,主要以塑性模式加工晶体硅,划痕相对平直光滑。
金刚石线锯切割硅片表明,硅片表面呈现大量由脆性破碎崩落留下的不规则凹坑,但同时亦出现较长的光滑划痕。
其原因可能是线锯正下方的压力较大,以脆性模式进行反复刻划；而与此同时,线锯侧面金刚石颗粒以小得多的侧向压力对切割暴露出的硅表面进行蹭磨刻划,形成呈塑性特征的切割纹；最终在硅片表面呈现脆性与塑性混合切割模式。
在一台单线切割机上进行了单晶硅片切割实验。
设计并自制了线张力测试装置,研究了进给速度的变化对金刚石线锯线张力,硅片表面形貌及损伤层的影响。
发现随着进给速度的增大,硅片表面宏观的线痕间距及起伏周期增大,而表面形貌和粗糙度值差异不大。
通过逐层腐蚀去除硅片的损伤层,碘酒钝化,测试其少子寿命的方法,测试硅片的损伤层厚度。
测试结果表明：在本实验工艺下,金刚石线锯切割硅片的损伤层厚度基本位于12μm左右；随着进给速度的增大,硅片损伤层厚度有增加的趋势,但增加幅度不大。
对企业试生产的金刚石线锯和普通商业化生产的砂浆线锯切割硅片的表面形貌进行了观察,金刚石线锯切割硅片的表面有规则平直的深浅划痕和破碎凹坑；而砂浆线锯切割的硅片表面无明显划痕,但有较多的破碎凹坑和孔洞。
两种硅片表面整体上都比较平整,而金刚石线锯切割硅片的表面粗糙度值更大。
实验测得砂浆线锯和金刚石线锯切割硅片的损伤层厚度分别为10μm和6μm。
金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析
2011年2月 第1期第31卷 总第181期金刚石与磨料磨具工程D ia m ond&A brasives Eng i nee ri ngFeb.2011N o.1 V o.l31 Seria.l181文章编号:1006-852X(2011)01-0053-05金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析*黄 波1,2 高玉飞1,2 葛培琪1,2(1.山东大学机械工程学院,济南250061)(2.高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南250061)摘要 采用电镀金刚石线锯对单晶硅进行了锯切实验,使用扫描电子显微镜对单晶硅锯切的表面缺陷与锯丝失效机理进行了研究,分析了走丝速度和工件进给速度对锯切单晶硅表面缺陷特征的影响。
分析发现:线锯锯切的硅片表面缺陷主要有较长较深的沟槽、较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及个别较大较深的凹坑。
走丝速度增大,工件进给速度降低,锯切材料的表面缺陷逐渐由以脆性破碎凹坑为主转,变为以材料微切削去除留下的塑性域剪切沟槽为主。
锯丝的主要失效形式为金刚石磨粒的脱落,脱落的磨粒在锯切过程中被挤压嵌入加工表面造成较大尺寸较深的凹坑,对材料表面和亚表面质量的损害更为严重。
关键词 金刚石线锯;单晶硅;表面缺陷;磨损中图分类号 TQ164;TG74 文献标识码 A DO I编码 10.3969/.j issn.1006-852X.2011.01.013Study on surface defect and w ire wear m echanism duri ng si ngle crystal silicon slici ng w ith electropl ated di a m ond w ire sawH uang Bo1,2 Gao Yuf e i1,2 Ge Pei q i1,2(1.S chool of M echanical Engineering,Shandong Universit y,J inan250061,China)(2.K ey Laboratory o f H igh Efficiency and C lean M echanicalM anufacture(Shangdong Universitg),M inistr y of Education,J inan250061,China)Abstract Based on the experi m ents o f slicing si n g l e crystal silicon w it h e lectrop lated dia m ond w ire sa w,the surface defects of sa w ed silicon crystal and w ire fa il u re m echanis m w ere ana l y zed using the scann i n g electron m icroscope(SE M).The i n fl u ences of w ire speed and workp iece feed speed on surface defect features w ere discussed.The analysis results sho w t h at the surface defects inc l u de so m e obvious grooves,inter m ittent scratch m arks,brittle fracture or brittle crash,and so m e relati v e l y larger and deeper pits.W hen w ire speed i n creases and w or kpiece feed speed decreases,the surface de fect features change fro m brittle fracture p its to ductile sheared m icrog r ooves i n duced by d i a m ond ductile cutting acti o n.The m ain w ear m echanis m o f electroplated dia m ond w ire is pullout of abrasi v e grits.These pu lled out grits are like l y to be then i n l a yed i n to the surface o f sili c on to generate large and deep pits and affect the quality of surface and subsurface.Keywords dia m ond w ire sa w;si n g l e cr ystal silicon;surface defec;t w ear*济南市科技计划资助项目(项目编号:200906031)金刚石与磨料磨具工程总第181期0 引言单晶硅材料广泛地应用于各种微电子领域,如计算机系统、通讯设备、汽车、消费电子系统和工业自动控制系统等。
金刚石线锯在使用过程中断线的讨论
金刚石线锯在使用过程中断线的讨论金刚石线锯在使用过程中断线的讨论金刚石线锯在使用过程中经常遇到断线的问题，困扰着金刚石线锯的生产方和使用方。
对于断线问题，供需双方之间经常存在有比较大的分歧。
为了使得这一问题得到缓解，在此对这一问题进行讨论，以便供需双方参考，共同努力，减少断线率。
原因分析1、金刚石线锯抗拉强度低于预定指标。
比如70线为例，抗断拉力小于15N。
2、金刚石线锯局部有比较大的“镍瘤”存在，也就是局部磨粒堆积现象严重，或者虚高磨粒过高而又集中在某一个小区域，在切割过程中导致局部阻力变大，可能导致跳线和断线。
3、金刚石线锯表面氧化严重，导致表面有龟裂产生。
表面龟裂部位容易产生应力集中，也会导致断线。
4、在生产过程中，初始绕线时存在较大的扭应力，容易导致使用过程中断线。
5、在使用时，初始绕线过程存在较大的扭应力，非常容易导致断线。
6、在使用过程中，切割工艺参数与所使用的金刚石线不匹配，导致断线。
比如走线速度过大或过小，线弓比过大，都容易导致断线。
7、切割机的性能下降，比如某个导轮阻力过大，转动不灵活，易导致跳线或断线。
8、切割机的震动幅度过大或电机转速不均也容易导致断线。
9、切割液污染严重，杂质较多粘稠度加大，致使切割阻力变大导致断线。
10、回线时加速度过大容易导致跳线和断线。
改善措施1、金刚石线锯生产方，确保抗破断力不小于额定值。
确保线锯表面磨粒分散性好，堆积直径小，不超标，虚高磨粒少不超标。
成卷金刚石线锯自然扭应力小，也就是自然状态下，线的扭转角度要小。
提高线锯表面抗氧化性能。
2、金刚石线锯使用方，应首先在初始绕线时，顺着自然扭应力的方向绕，如果逆着扭力方向或者加大原有扭力绕线，就非常容易导致断线；调整切割参数与所使用的线锯相适应，切割参数包括走线速度、进给速度等；保持切割机性能稳定，各导轮灵活；回线时加速和减速不要太快。
综合分析1、扭应力的破坏性。
金刚石线锯的抗扭强度差别非常的大，也不稳定。
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ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｄｅｅｐ ｐｉｔｓ ａｎｄ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｄｉａｍｏｎｄ ｗｉｒｅ ｓａｗ；ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔ；ｗｅａｌ＂
ｗｅａｒ ｔｏ
ｓｐｅｅｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ
ｄｕｃｔｉｌｅ
ｓｈｅａｒｅｄ ｍｉｃｒｏｇｒｏｏｖｅｓ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｄｉａｍｏｎｄ
ｄｕｃｔｉｌｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ
ａｒｅ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ
ｄｉａｍｏｎｄ ｗｉｒｅ ｉｓ ｐｕｌｌｏｕｔ ｏｆ ａｂｒａｓｉｖｅ ｇｒｉｔｓ．Ｔｈｅｓｅ ｐｕｌｌｅｄ ｏｕｔ ｇｉｔｓ
表面缺陷Ｊｒ泄札明显的变化．如削３ｂ和孙。
万方数据
０
２
２走丝速度对锯切襄面缺陷特征的影响 阿３是１二件进给速度为６ ２５“ｍ／ｓ，采用币『ｑ的
】５
保持进给建度小变．当错丝速度１
ｍ／ｓ增大到
ｍ／ｓ肘．从刚３ａ刮３ｂ．此时锯切表面依然存在大量
走轾速度锯切单品硅产生的发面缺陷。当走丝速度
】０
脆性破碎，ｆ日破碎凹坑的尺寸及深度减小．锯切表面出现 了部分塑性蜉啪形成的｝｛！『梢．这妊田为锯丝速度的提高
斟５ ｍｍ，锯切方向措（】１１）品面，切片厚度为Ｏ
５ ｍｍ，
采用水作冷却渡。加工参数与锯切条件如表Ｉ所示ｎ 使用日立Ｓ一２５００型扫描电了显微镜（ＳＥＭ），观察坍
割的硅片表面缺陷与锯丝的磨损形பைடு நூலகம்，
襄ｉ锯ｑ案件与ｍＩ参敲
镕日女” ｍ Ｌ》＃
和田韵环境清洁等优点“，有望成为单晶硅等硬脆材
料切片的未来发展方向ｊ本文选择电镀金刚石锯丝作 为锯切工具，对单晶硅进行了锯切实验，利用扫描电子 显微镜对切割的硅片表面进行了观察，系统研究丁锯
ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｗｉｒｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｆｅｅｄ ｓｐｅｅｄ
ｏｎ
ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔ
ｆｅａｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎｃｌｕｄｅ ｓｏｍｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｇｒｏｏｖｅｓ，ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｓｃｒａｔｃｈ
ｍａｒｋｓ，ｂｒｉｔｔｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｆｅｅｄ
ｏｒ
ｂｒｉｔｔｌｅ ｃｒａｓｈ，ａｎｄ ｓｏｍｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅｒ ａｎｄ ｄｅｅｐｅｒ ｐｉｔｓ．Ｗｈｅｎ ｗｉｒｅ ｓｐｅｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｃｈａｎｇｅ ｆｒｏｍ ｂｒｉｔｔｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｐｉｔｓ
２０１１年２月第ｌ期
金刚石与磨料磨具工程
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．２０１ｌ Ｖ０１．３１ Ｓｅｒｉａｌ．１８１
第３ｌ卷总第１８１期Ｄｉａｍｏｎｄ＆ＡｂｒａＳｉｖｅｓ
文章编号：１００６—８５２Ｘ（２０１１）０１—００５３—０５
金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析＋
黄渡Ｌ２高玉飞１’２ 葛培琪ｋ２
（１．山东大学机械工程学院，济南２５００６１） （２．高效洁净机械制造教育部蕈点实验室，济南２５００６１）
摘要采用电镀金刚石线锯对单晶硅进行了锯切实验，使用扫描电子显微镜对单晶硅锯切的表面缺陷与 锯丝失效机理进行了研究，分析了走丝速度和工件进给速度对锯切单晶硅表面缺陷特征的影响。分析发
现：线锯锯切的硅片表面缺陷主要有较长较深的沟槽、较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔ ａｎｄ ｗｉｒｅ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｄｕｒｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｌｉｃｉｎｇ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｗｉｒｅ ｓａｗ
・Ｈｕａｎｇ Ｂ０１・２
Ｇａｏ Ｙｕｆｅｉｌ＇２
Ｇｅ Ｐｅｉｑｉｌ－２
・济南『订科技计划资助项甘【项目编号：２００９０６０３１）
万方数据
盘刚ｉ々磨料镕ＨｔＲ
１
ｅ第ｌ ８１瑚
２实验方案 实验选用电镀金刚石铮｝丝．锯切的单品硅梓为
０引言
单晶硅材料』泛地应用于各种微电子领域．如计 算机系统，通讯没备汽年、消费电子系统和工业自动 控制系统等。集成电路制造中普遍采用的芯片，其制 造工艺流程为：单晶生长＿磨外嘲一硅晶体切片＿．平 坦化一腐蚀一抛光＿．清冼＿图案制造一背磨＿十划片＿． 封装“。切片是把单晶硅由硅棒变成硅片的一个重要 工序，切片表呵质域，直接影响着后续工序的上作量和 成本。如切片的表ｌ自ｉ厦量好．亚表面损伤层厚度就小， 可减小后续Ｔ序的击除量，从而降低成本、提高效率。 固结磨料线锯切片技术，以其锯口损耗小、面形精度好
个别较大较深的凹坑。走丝速度增大，工件进给速度降低，锯切材料的表面缺陷逐渐由以脆性破碎凹坑 为主转，变为以材料微切削去除留下的塑性域剪切沟槽为主。锯丝的主要失效形式为金刚石磨粒的脱
落，脱落的磨粒在锯切过程中被挤压嵌入加工表面造成较大尺寸较深的凹坑，对材料表面和亚表面质量
的损害更为严重。 关键词金刚石线锯；单晶硅；表面缺陷；磨损 中图分类号ＴＱｌ６４；ＴＧ７４文献标识码Ａ ＤＯＩ编码１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５２Ｘ．２０１１．０１．０１３
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００６ １，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ ｎｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ（Ｓｈａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｇ）， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｊｉｎａｎ ２５００６ １，Ｃｈｉｎａ）
机，图Ｉ为此切割装置的外观。试验装置采用气动装 置来埘节锯丝的张紧力。冷却液的供液方式采用微型 潜水循环泵．通垃喷嘴浇洼．向锯越切割犀供给冷却 液。
Ｆ。ｇ
１
ＲｅｃｉｐＭａｔｌｎｇ
孺塑 曛一
目Ｉ＃￡式鳗锯切Ｈ《Ｉ
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展交叉的结果．材料最终以澈观与宏观破碎的块状去 除。显然，破碎门坑对锯切表面亚表面的｛ｉ｛伤程度璺 大ｒ表面划痕。 硅片钉Ｊ制表面上存在个别较大较深的凹坑，见罔 ２Ｉ，，ｒⅡ能星由于在切＊４过程中，脱落的金刚石磨札杖挤 压嵌人加上表面所造成，埘材料表皿和亚表面质料的 搅吉巫为严雨：
ｍ／ｓ时，锯切袁面存在明８的脆性断裂．破碎和Ｈ
坑＋使表面皂尉大情凹坑空借的Ｊ目貌。加工后品什的 表而，主要¨｛材料的脆性断裂面构成．断裂Ⅲｌ随机分 布．不具有岍缸ｆ｜勺方向性，＾忻比较枇糙：这蝗现象说 明：住此工岂参数绀台Ｆ的品片表嘶，址…材料完辛脆 性去除方式Ｊ口成的．在锯切丧Ⅲ留下的缺陷为脆忡破 砰凹坑．搅伽深度较人，
２实验结果与讨论
２
切硅片表面产生的缺陷与错切工艺参数之问的关系，
其结果为获得高质量的锯切工艺，进一步优化工艺参 数，提供ｒ实验参考依据。乖文观察分析了电镀金刚 石裾丝的磨损形式，揭示了锯丝失效机理，并分析了锯 丝失效与锯切表面缺陷之间的鞋系。
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１锯切单晶硅表面缺陷 图２是采用几种币同工艺参数组合锯切的单晶硅
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万方数据
第ｌ期
黄渡等２Ｈ怕线锯＂剖单品＃表ｂＩ峨陷与锯＆磨损分析
目２镉切硅Ｈ表面缺鹳特征
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目３走ｔ建度对锯切寰面映陷特征的影响
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（“．＝６ ２５Ⅳ１，目）
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Ａｂｓｔｒａｃｔ
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ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｌｉｃｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ ｗｉｒｅ ｓａｗ，ｔｈｅ
ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓａｗｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｒｙｓｔａｌ ａｎｄ ｗｉｒｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ
能增加单桩时间内参加埘削的孵粒数，从而使得单颗磨
粒单位Ｈｔ刚内的１ｒ均材料士除卒降低。但此时加工表面 的材料盘非依然Ｈ脆惶由主．臆粒期性剪切或犁耕作厢
』Ｂ战的淘拊＾：加】’表ｍ】为辅此时锯切材料的丧『Ⅲ缺陷
Ｍｎｆ存在脆性破陴’０蜊悱划癯．脆性破碎的深度要大Ｆ 塑性划瘦。锯牲速度由Ｉ
５
ｍ／Ｂ增大到２ ｒ∥ｓ时，ｄ＆片的
表面形貌的ＳＥＭ照片。由图２可以看出，电镀金刚石 线锯锯切单晶硅的表面缺陷，主要有较长较深的沟槽、 较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及个 别较大较深的凹坑。 锯切过程中锯丝为往复式运转，当锯灶要换向运
电镀金刚石线锯锯切实验
Ｉ实验方法 锯切试验选用ＷＸＤＩＴＯ型往复式金刚右线切割
转时，此时线速为零，而工件依然在进给，锯丝弹性变 形增大，使此时的锯切力变大，因此锯切表面容易产生 较深沟槽”。锯丝上磨粒凸出高度不均或黏附在锯丝 上的切屑随锯丝运动时．在加工表面会产生沟槽和划 痕；再就垦锯丝随机的振动，畚导致金刚石膊粒在材料 表面任意地产生断续划痕。～些较浅的赳痕也ｎＩ能是 个别出露高度低磨粒进行塑性域切削的结果。工件表 面残酣大量的破碎凹坑，呈掸坑状的丧而形貌，可说明 材料主要是在脆性方式下去除．切屑的形成是裂纹扩