【摘要】：對(duì)于以硅片為基底的光伏電池來(lái)說(shuō),晶體硅原料和切割成本在電池總制造成本中占據(jù)了最大的部分。電火花線切割加工是利用放電產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象去除材料,其可加工性與材料的硬度、脆性等力學(xué)性能無(wú)關(guān),只與材料的熱學(xué)性能有關(guān),非常適合加工脆硬的半導(dǎo)體材料。其加工過(guò)程非常復(fù)雜,涉及電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及應(yīng)力場(chǎng)等多個(gè)物理場(chǎng),期間伴隨著熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和動(dòng)量傳遞。通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量各物理場(chǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)十分困難,在這種情況下,利用有限元方法研究多物理場(chǎng)對(duì)加工穩(wěn)定性、加工質(zhì)量和切縫寬度的影響對(duì)實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量、低損耗切片具有重要意義。本文以電火花多線切割加工半導(dǎo)體材料過(guò)程中的流、熱、磁、力四個(gè)物理場(chǎng)為對(duì)象,通過(guò)COMSOL Multiphysics有限元分析軟件和連續(xù)脈沖放電實(shí)驗(yàn),分析了加工參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量、加工效率和切縫寬度的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究了兩種供液方式對(duì)電火花多線切割極間流場(chǎng)的影響,建立了電火花多線切割三維極間流場(chǎng)模型,并運(yùn)用有限元方法分析了噴液壓力和運(yùn)絲速度對(duì)極間流場(chǎng)的影響。(2)在考慮工件相變的基礎(chǔ)上,研究了單脈沖放電半導(dǎo)體材料的熱蝕除過(guò)程,分析了放電電流和脈寬對(duì)凹坑尺寸、工件表面粗糙度以及材料蝕除速率的影響。(3)建立了電火花多線切割連續(xù)脈沖放電過(guò)程中電極絲振動(dòng)的理論模型,通過(guò)電極絲的熱-磁-結(jié)構(gòu)耦合仿真,分析了不同加工參數(shù)對(duì)電極絲橫向振動(dòng)幅值的影響。(4)通過(guò)連續(xù)脈沖放電實(shí)驗(yàn)對(duì)所建立的半導(dǎo)體材料蝕除模型和電極絲振動(dòng)模型進(jìn)行了檢驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,半導(dǎo)體材料蝕除模型對(duì)表面粗糙度和加工速率的預(yù)測(cè)精度分別為90%和95%,電極絲振動(dòng)模型對(duì)切縫寬度的預(yù)測(cè)精度為93%。
【圖文】：

(a) 外圓切割機(jī) (b) 外圓切割原理示意圖圖 1.1 外圓切割機(jī)及其工作原理示意圖圓切割.2 是內(nèi)圓切割機(jī)及其工作原理示意圖，其刀刃是鑲嵌在圓形金屬薄基片的內(nèi)圓周圓固定在旋轉(zhuǎn)軸上。進(jìn)刀時(shí)硅棒沿進(jìn)給方向向著刀口位置平移，一旦接觸高速旋割便開(kāi)始，切完一片后自動(dòng)退回。分度進(jìn)給是指每切一刀后晶體垂直于刀口的推定了硅片的厚度[3]。與早期的外圓刀刃式切片機(jī)相比，，它可以使用更薄的刀刃，小的切割耗量、加工余量和較高的精度切出更薄的晶片。但是這種加工方式要求能超過(guò)刀片內(nèi)圓的直徑，也就是說(shuō)，隨著加工尺寸的增大，刀片的尺寸也必須隨保證刀片的剛度，其厚度勢(shì)必要增加，從而導(dǎo)致切縫寬度增加，材料損耗變大。不適合加工大尺寸的硅棒。

(a) 外圓切割機(jī) (b) 外圓切割原理示意圖圖 1.1 外圓切割機(jī)及其工作原理示意圖1.2.2 內(nèi)圓切割圖 1.2 是內(nèi)圓切割機(jī)及其工作原理示意圖，其刀刃是鑲嵌在圓形金屬薄基片的內(nèi)圓周上，刀片的外圓固定在旋轉(zhuǎn)軸上。進(jìn)刀時(shí)硅棒沿進(jìn)給方向向著刀口位置平移，一旦接觸高速旋轉(zhuǎn)的刀片，切割便開(kāi)始，切完一片后自動(dòng)退回。分度進(jìn)給是指每切一刀后晶體垂直于刀口的推動(dòng)，其量值決定了硅片的厚度[3]。與早期的外圓刀刃式切片機(jī)相比，它可以使用更薄的刀刃，因而可采用較小的切割耗量、加工余量和較高的精度切出更薄的晶片。但是這種加工方式要求硅棒的直徑不能超過(guò)刀片內(nèi)圓的直徑，也就是說(shuō)，隨著加工尺寸的增大，刀片的尺寸也必須隨之增大。為了保證刀片的剛度，其厚度勢(shì)必要增加，從而導(dǎo)致切縫寬度增加，材料損耗變大。因此，內(nèi)圓切割不適合加工大尺寸的硅棒。(a) 內(nèi)圓切割機(jī) (b) 內(nèi)圓切割原理示意圖圖 1
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN304;TG484

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本文編號(hào)：2643836