单晶硅片倒角时边缘磨削力和磨削温度的研究-论文.pdf

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1、工业技术Ch】naSC=lence—and—Tec—hnol0vReview1o口■l■单晶硅片倒角时边缘磨削力和磨削温度的研究康洪亮张伟才陈建跃陶术鹤(中国电子科技集团公司第46研究所)[摘要]本文对硅片倒角过程中三个最重要的因素；磨轮转速、硅片转速和圈去除量一一进行了原理分析，并倒角机进行了试验得到了比较合理的组合方案。[关键词]硅片；倒角，磨轮转速；硅片转速；圈去除量中图分类号：TG303．04文献标识码：A文章编号：1009—914X(2014)35—0039—02为了解决单晶硅片边缘的精密磨削问题

2、，磨削力和磨削温度是研究磨削加磨削时不容易产生挤压变形，减小了磨粒的滑动磨削，因此也增加了磨削轮的工中两个最基本的物理因素，磨削力是影响磨削加工质量的主要因素。磨削力耐用度，增加了磨削轮的寿命。单晶硅片倒角采用了切入磨削法。利用公式(1—起源于砂轮与硅片接触后产生的弹、塑性变形以及磨粒和结合剂与硅片表面之1)间的摩擦。磨削温度主要是由摩擦和切屑变形能产生的。对于脆性材料而言，由估算单晶硅片倒角时的磨削力于其切屑的形成机理与金属材料有很大的不同，因此反映在磨削力和磨削温度径向力：py=CpyW0．7Bk上也有

3、很大的不同。切向力：pz=py／21原理分析带入以下参数：第一阶段为滑擦阶段，内切削刃与硅片表面开始接触，硅片仅发生弹性变磨削量W：粗磨削时，W=O．1835(mm3／Min·ram)。形。随着切削刃切过硅片表面，进一步发生变形，法向力会稳定地上升，摩擦力磨削轮加工圆弧槽等效宽度(最大值)：B=0．8433mm；及切向力同时稳定增加。磨粒微刃不起切削作用，只在表面滑擦。硬度系数：k=1．0；第二阶段为耕犁阶段，在滑擦阶段，摩擦逐渐加剧，越来越多的能量转化为切人磨削法系数：Cpy=0．11I热。逐步增加的法向

4、力超过了随温度上升而下降的材料屈服力时，切削刃就被磨削力是磨削量w的函数，粗磨削时磨削力较大。要提高加工效率，主要是压入塑性基体中，最终导致表面的隆起，这是磨削中的耕犁作用增加粗磨时硅片转速，但会增加磨削力，而过大的磨削力会造成局部表面温度第三阶段为切屑形成阶段。在滑擦和耕犁阶段，磨粒并不产生切屑。磨粒在过高，导致磨削时硅片碎裂。微小时间间隔内，当切刃切人塑性区，最终导致应力的增加，一直达到硅片材料1．2磨削温度分析的最大剪切能为止，这样最终导致材料的局部僵化，上升到材料的临界应力，就磨削时在滑擦、耕犁和切

5、屑形成的三个阶段所消耗的能量，绝大部分都转出现再次的剪切。当切削厚度达到临界值时，被磨粒推挤的材料明显地滑移而化为热能。这是磨削过程中磨削热产生的根源。在一般切削加工中，大部分切削形成切屑。热均被切屑带走，只有少部分传人硅片。磨削时由于砂轮的导热性能差，磨屑的11磨削力分析体积微小，容纳热量的能力低，加之冷却液难以进入磨削区，所以大部分磨削热磨削力可分解为相互垂直的三个分力，作用于磨削轮圆周速度方向的将传人硅片。磨削时不仅线速度很高，而且切除单位体积材料所消耗的能也非切向分力pz，作用于磨削深度方向径向分力

6、py，作用于磨削轮轴线方向的轴向常高，会造成磨粒与硅片接触处达到1000。C以上的高温。这种高温作用时间极分力px，由于磨粒对硅片的挤压，径向力大于切向力，这是磨削加工的特征之短，作用的区域很小，仅为磨削区中有效磨粒和硅片接触的一些离散接触点。因一一此对于硅片表面质量有影响，会促使磨粒与硅片的界面处发生一些物理、化学。般情况下py是pz的二至三倍(pz=py／2)在磨削过程中，轴向分力pX较小，对于硅片倒角这种特殊的加工过程中，由于没有纵向进给，pX为零。变化，对于砂轮磨损有重大影响。硅片倒角属于精密磨削(

7、精密磨削是使用金刚石刀具加工有色金属和非金对于硅片表面质量有影响的是磨削区的温度及其分布情况。一般所说的属，可以直接磨出超光滑表面)。“磨削温度”就是指磨削区的温度。磨削时对于硅片表面及距离表面不同深处的径向力PY可以按下式计算[3】温度分布情况是离硅片表面越远处，其温度越低。py=CpyWO．7Bk(1—1)磨削时消耗的大量能量在极短的时间变为热能，从而使磨削区的温度以式中：Cpy为切削力系数llx105℃／s的数量级的加热速度急剧升温口因此硅片表层的组织将迅速变化，B为磨削轮宽度(毫米)t并产生表层残余

8、应力。这种情况还能造成磨削表面的热损伤，使表面出现烧伤k为磨削轮硬度系数和微裂纹。此外，磨削区温度的急剧变化，还可能使硅片产生热变形，从而影响w为磨削轮的每一毫米宽度每分钟切下的加工量。加工精度。精密磨削是磨削的一种，服从金属磨削的普遍规律。但与常规磨削相比，又影响磨削温度的因素很多，但主要的有以下几个：存在较大的差别，主要有以下几个方面：(1)砂轮速度?s(1)常规磨削中，多为炭化硅砂轮磨削黑色金属，其磨削力、