单晶硅的电解电火花铣削加工工艺研究.pdf

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1、设计·研究《电加工与模具)2o13年第5期单晶硅的电解电火花铣削力D-I-T艺研究吕传伟，谷安，李明义，吴俊杰(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：提出了一种电解电火花铣削加工半导体硅材料的方法，对单晶硅片进行电解电火花铣削加工实验。在不同电参数和不同铣削轨迹重叠率的条件下进行加工实验，分析二者对电解电火花铣削硅材料表面质量的影响。实验结果表明：脉冲能量越高，表面质量越差；工具电极运动轨迹重叠率越高，表面质量越好。关键词：电解电火花加工；铣削加工；单晶硅；工具轨迹重叠率；脉冲能量中图分类号：T

2、G661文献标识码：A文章编号：1009—279X(2013)05—0027—03ResearchontheMachiningProcessofMonocrystallineSiliconbyElectrochemicalDischargeMillingLfiChuanwei，GuAn，LiMingyi，WuJunjie(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Amachiningmethodofsil

3、iconwhichisoneofthesemiconductorsinelectrochemicaldischargemillingisproposed．Theexperimentonmachiningmonocrystallinesiliconwaferinelectrochemicaldischargemillingisconducted．Theprocessexperimentswithdiferentelectricalparametersandmillingtrackoverlapratiohaveb

4、eenconducted．Theeffectoftwoparametersonthesurfacequalityofsiliconmachinedbyelectrochemicaldischargemillingisanalyzed，Theresultsshowthatthesurfacequalitydecreaseswiththeincreaseofpulseenergyandincreaseswiththeincreaseofthetoolpathoverlapratio．Keywords：ECDM；mi

5、lling；silicon；toolpathoverlapratio；pulseenergy近年来．硅、锗等半导体材料被广泛用于航空说很不适宜[21。电解电火花加工方法不受材料高电航天、国防和电子等领域。在半导体材料中，硅材料阻的限制，能实现对硬脆高电阻材料进行加工，因的应用最为广泛，可用于制作各种大功率晶体管、此使用电解电火花加工硅材料是可行的。整流器、集成电路和太阳能电池等，广泛用于计算电解电火花加工最初是由日本学者提出的，它机、微波通信、光纤通信、太阳能发电等方面I”。由于在加工非导电的硬脆材料上表现出了

6、良好的性能。硅的广泛应用及其加工形状的13趋复杂，对其加工近年来，很多学者对电解电火花加工进行了研究。方法的研究具有非常重要的意义。’Zheng等[3】研究了玻璃材料的电解电火花铣削加工，硅晶体硬而脆．是一种无延展性的半导体材在玻璃材料上铣削出了一些三维结构。鹿昌剑对料。由于硅的硬脆特性，机械加工方法极易产生崩玻璃进行了长深窄缝、微流道等电解电火花铣削加碎、微裂纹等，因此很难保证精度与加工质量。硅具工实验。有一定的导电性，许多学者对电火花加工硅材料进电解电火花铣削能加工出复杂的二维结构，利行了研究。但是硅的电阻

7、率较高。对电火花加工来用分层制造原理[51还可加工出复杂的三维形状。为满足硅材料应用中的复杂形状要求，本文提出一种电解电火花铣削硅材料的方法，并对其加工工艺进收稿日期：2013—05—31第一作者简介：吕传伟，男，1987年生，硕士研究生。行研究。一27—《电加工与模具}2013年第5期设计·研究片。铣削加工轨迹通过工作台的运动实现，工具电1加工原理极静止不动，从而使工件和工具产生相对运动。电解电火花加工是利用电解液中的火花放电作用对工件进行蚀除加工，其加工原理见图1。加工过程大致可分为4个步骤：电解析出氢气泡

8、：电极与电解液之间产生高的电位梯度；气泡膜被击穿，产生火花放电并蚀除材料：消电离并形成新的气泡膜，准备下次放电。图3电解电火花铣削加工实验平台实验主要研究脉冲能量和电极运动轨迹重叠率对电火花铣削硅材料表面质量的影响。具体方案如下：图1电解电火花加工原理不意图(1)把电极运动轨迹重叠率分为3个水平：0．1、电解电火花铣削加工是利用简单的工具电极，0．3、0．5，使用相同的脉冲能量(即相同