本文選題：單晶硅 + 超聲加工��； 參考：《華僑大學》2017年碩士論文

【摘要】：目前單晶硅這種半導體材料被廣泛的應用于集成芯片以及光伏發(fā)電領(lǐng)域。在半導體元器件的生產(chǎn)過程中,單晶硅的劃切分割工藝是元器件封裝前最后的一步加工工藝,劃切過后的產(chǎn)生損傷將會直接被包裹并殘留于工件上。所以劃切加工工藝造成的損傷程度的大小直接影響著工件的質(zhì)量。而超聲加工作為一種特種加工方法,有利于減少脆性材料加工中的損傷,同時對脆性材料具有獨特加工優(yōu)勢。所以本課題利用徑向超聲切割工具對單晶硅進行劃切,系統(tǒng)的研究了超聲振動對劃切的影響,同時通過實驗研究分析了超聲振動對劃切后單晶硅斷面的損傷情況。以期為超聲切割單晶硅技術(shù)提供更多的實驗與理論依據(jù)。首先建立了超聲加工過程劃切區(qū)域中單顆磨粒的運動學模型,對磨粒在劃切弧區(qū)中的運動情況進行了分析,列出了磨粒的運動軌跡、速度與加速度方程。并討論了超聲加工與普通加工過程中單顆與多顆磨粒的運動軌跡的異同。然后通過超聲輔助劃切單晶硅實驗對超聲加工狀態(tài)下的劃切力,劃切過后工件的崩邊尺寸以及劃切區(qū)域底部的表面形貌進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)超聲劃切產(chǎn)生的劃切力要小于普通劃切產(chǎn)生的劃切力,同時由于劃切力較小使得超聲劃切產(chǎn)生的崩邊尺寸也較小。最后建立了超聲輔助劃切單晶硅斷面的形成模型,分析了超聲振動在劃切斷面形成過程中所起到的作用。對超聲劃切與普通劃切產(chǎn)生的斷面粗糙度進行了對比分析,發(fā)現(xiàn)超聲輔助劃切產(chǎn)生的斷面粗糙度要小于普通劃切。分析了劃切斷面損傷形成的機制,建立了超聲輔助劃切單晶硅斷面損傷的模型。并通過化學蝕刻法與截面拋光法兩種實驗方法分別對斷面的損傷層深度做了檢測,實驗發(fā)現(xiàn)超聲劃切產(chǎn)生的斷面損傷要小于普通劃切,并且由于化學腐蝕方法對殘余應力與位錯等損傷比較敏感,其測出的損傷深度要大于截面拋光法測出的損傷深度。利用壓痕斷裂力學原理建立了通過單晶硅劃切表面粗糙度估算斷面損傷層深度的理論計算模型。
[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.
【學位授予單位】：華僑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.2

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本文編號：1870974