Міністерствоосвіти і науки України
Дрогобицькийдержавний педагогічний університет
іменіІвана Франка
Індивідуальнезавдання на тему:
Технологіярізки монокристалічних злитків
Виконав
студент групи ФІ-54
Коваль Олег
Дрогобич2010
У способі різання монокристалів кремнію пропонуєтьсяподавати в зону різання МОР симетрично відносноточки дотику монокристала кромкою відрізного круга в напрямку під кутом, рівним 70 -80 °, до дотичної в точці дотикуструменя МОР з кромкою кола з джерел МОР з діаметром вихідногоотвору d = 1, 5 — 3 мм, розташованих на відстані (2,5 — 4) d від точки дотикуструменя з крайкою і на відстані (1,1 — 1,4) D від осі джерел МОР до точки дотику монокристалів кромкою кола на початку різання, де D — діаметр монокристала. Витрати МОР приймають рівноюкількості рідини, щотранспортується в одиницю часу в межзеренного просторі ріжучої кромки кола:
/>
де Q — витрата МОР, м3/хв; b — ширина ріжучої кромки відрізного круга, м; xЗ — середньовірогідний розмір зерен кола, м; n — частота обертання відрізного круга, м; hкрЗ — критична глибина закладення зерен у зв'язку кола, м; NS — число зерен на поверхні кола, шт/м1; N1 — кількість зерен в одиниці об'єму алмазного шару відрізного кола, шт/м3.
Відомий спосіб різаннянапівпровідникових злитків на пластини (Черняєв В. М. Технологія виробництва інтегральнихмікросхем і мікропроцесорів: Підручник для вузів. — М.: Радіо і зв'язок, 1987.- С. 59-64), в якому злиток перед розрізанням орієнтують, закріплюють наверстаті і розрізають на пластини обертовим відрізним кругом, подаючи в процесірізання мастильно-охолоджуючу рідину (МОР) до зони обробки.До причин, що перешкоджає досягненню зазначеного нижчетехнічного результату при використанні відомого способу, відноситься те, що увідомому способі не регламентується витрата МОР, що негативно позначається наякості відрізуваних пластин. Найбільш близькимспособом того ж призначення до стосуєтьсявинаходу за сукупністю ознак є спосіб різання монокристалів кремнію (Технологіянапівпровідникових приладів і виробів мікроелектроніки. У 10 кн.: Учеб.Посібник для ПТУ. Кн. 4. Механічна та хімічна обробка / С. М. Никифорова — Денісова. — М.: Вищ. шк., 1989. — С. 12-22), в якому здійснюється приклейкамонокристалу до оснащення, установка його на відрізні верстати і розрізуваннямонокристала на пластини алмазним кругом з внутрішньої ріжучої крайкою приподачі СОЖ в зону обробки, прийнятий за прототип.
До причин, що перешкоджаютьдосягненню зазначеного нижче технічного результату при використанні відомогоспособу, прийнятого за прототип, відноситься те, що у відомому способі нерегламентуються місце розташування джерела МОР по відношенню до розрізаючогозливка і ріжучої кромки відрізного кола, напрямок струменя СОЖ і діаметрвихідного отвору джерела, з якого вона витікає, а вибір витрати МОРвідбувається без урахування характеристик відрізного кола (геометричнихпараметрів, зернистості і т.п.) і елементів режиму різання, що не дозволяєдосягти високої якості відрізаних пластин.Сутність винаходу полягає в наступному. Спостерігається останнім часом тенденція до зменшення розмірівелементів топології, що формуються на кремнієвих пластинах, призводить допосилення вимог, що пред'являються до пластин, отриманих на операціїрозрізання. Одним із шляхів підвищення якості відрізаних пластин є посиленняефективності дії в процесі різання МОР, що може бути забезпечене за рахунокоптимізації витрат СОЖ, що подається на ріжучу кромку відрізного кола. Технічний результат — підвищення якості відрізаних пластин.Зазначений технічний результат при здійсненні винаходудосягається тим, що відомий спосіб різання монокристалів кремнію включаєприклейку монокристалу до оснащення, установку його на відрізні верстати ірозрізування монокристала на пластини алмазним кругом з внутрішньої ріжучоїкрайкою при подачі МОР.
Особливість полягає в тому,що подачу МОР здійснюють симетрично відносно точки дотику монокристала кромкоювідрізного круга в напрямку під кутом, рівним 70-80°, до дотичної в точцідотику струменя МОР з кромкою кола з джерел МОР з діаметром вихідного отвору d= 1,5 — 3 мм, розташованих на відстані (2,5 — 4) d від точки дотику струменя зкрайкою і на відстані (1,1 — 1,4) DOT осі джерел МОР до точки дотикумонокристала кромкою кола на початку різання, де D — діаметр монокристала.Як показали експериментальні дослідженняаерогідродинамічної обстановки в зоні різання кругом з внутрішньої ріжучоїкрайкою типорозміру 422 х 152 х 0,32 мм (ТУ 2-037-370-82), проведені навідрізні верстати «Алмаз-6М», оснащені трубкою Піто, датчиком тискувдд і стробоскопом, МОР слід подавати симетрично відносно точки дотикумонокристала кромкою відрізного кола. У цьому випадку рідина рівномірнорозподіляється по всій ріжучої кромці і площини кола, що створює сприятливіумови для охолодження та очищення ріжучої кромки від продуктів обробки. При цьому, якщо МОР подається під кутом менше 70°, то струміньрідини не може розтектися у вигляді рівномірної плівки по площині кола, аконцентровано вдаряється в зону контакту круга із заготовкою і безцільнорозприскується. Якщо ж кут подачі струменя перевищує 80o, то повітряні потоки,генеровані відрізним кругом, відхиляють частина струменя від площини кола ідроблять її на окремі фрагменти (краплі), в результаті чого погіршуютьсяефективне відведення тепла і очищення ріжучої кромки. Крім того, якщо в процесі різання діаметр вихідного отворуфорсунки був менше 1,5 мм, то спостерігалося надмірне розбризкування МОР з-зависокої швидкості і відображення струменя МОР від ріжучої кромки, що такожнегативно впливало на тепловідвід в зоні різання. При збільшенні діаметраджерела МОР більше 3 мм для забезпечення задовільного охолоджуючого та очищуєдії рідини необхідно значно збільшувати тиск і витрата СОШ, що призводить доістотного росту витрат на обладнання для подачі СОЖ і є економічно недоцільним.При цьому, якщо торець джерела МОР був розташований відріжучої кромки круга на відстані менше 2,5 d, де d — діаметр вихідного отворуфорсунки, то струмінь МОР відбивалася від ріжучої кромки, а сама рідина невстигала рівномірно розподілитися по площині кола, що зменшувало ефективністьтепловідведення ріжучої кромки. При видаленні торця форсунки від кромки кола навідстань більше 4d погіршуються умови для очищення ріжучої кромки від продуктівобробки через зменшення кінетичної енергії струменя МОР. Якщо розрізання монокристала кремнію діаметром D проводили прирозташуванні джерел МОР на відстані менше 1,1 DOT точки дотику заготівлікромкою кола на початку різання, то рідина не встигала рівномірно розподілитисяпо площині кола, розклинювати відрізану пластину, що призводило до збільшеннядефектів її макро-і мікрогеометрії. При розташуванні форсунок на відстані понад1,4 D від місця врізання відцентрові сили відкидали більшу частину СОШ допериферії барабана, в результаті чого знижувалася ефективність відведення теплаіз зони різання.
Інша особливість полягає втому, що МОР подають з витратою, що дорівнює кількості рідини, щотранспортується, в одиницю часу в міжзеренного просторі ріжучої кромки кола.
/>
де Q — витрата МОР, м3/хв; b- ширина ріжучої кромки відрізного круга, м; x3 — середній розмір зерен круга,м; n — частота обертання відрізного круга, об / хв; dв-діаметр ріжучої кромкикруга, м; hкрз — критична глибина закладення зерен у зв'язку кола, м; Ns — число зерен на поверхні кола, шт/м2; N1 — кількість зерен в одиниці об'ємуалмазоносного шару відрізного кола, шт/м3.Так як алмазний відрізний круг з внутрішньої ріжучоїкрайкою здійснює розрізання монокристала не всієї своєї площиною, а тількиріжучої крайкою, то для ефективної різання, а значить і отримання пластинвисокої якості, необхідно підтримувати ріжучу крайку в працездатному стані,тобто очищати її від продуктів обробки і охолоджувати. Для цього достатньоподавати на коло МОР з витратою, що дорівнює кількості рідини, щотранспортується, в одиницю часу в міжзеренного просторі ріжучої кромки ірозрахованим по залежності, наведеної у формулі винаходу. При подачі на колоМОР з витратою, великим раціонального, надлишок рідини буде чинити на відрізанупластину розклинюючу дію, викликаючи спотворення її геометричної форми, азначить і погіршення якості. Якщо ж на ріжучу кромку кола подавати МОР звитратою, меншим раціонального, то ефективність охолодження алмазних зерензменшиться; утворюються при розрізанні відходи не будуть повністю евакуюватисяіз зони різання і ріжуча кромка засалені, що призведе до зниження її ріжучоїздатності і, як наслідок, погіршення якості відрізуваних пластин. Для виведення залежності, наведеної у формулі винаходу, уявіморіжучу крайку відрізного кола у вигляді двох кільцевих алмазоносних шарів,розташованих по обидві сторони корпусу кола.
/>
Дисперсний аналіз залежності(15), проведений відповідно до книги Дрейпер H., Сміт Г. Прикладний регресійнийаналіз: У 2-х кн. Кн. 1. Пер. з англ. — 2-е вид., Перероб і доп. — М.: Фінансиі статистика, 1986. — С. 38-63, показав, що розрахункове значення критеріюФішера Fp = 1,13 менше табличного FT = 4,46 (за наявності паралельнихдослідів), тобто неадекватність незначущі. Тому модель (15) адекватно описуєпроцес транспортування МОР міжзеренного простором ріжучої кромки.Проведений заявником аналіз рівня техніки, що включаєпошук по патентних і науково-технічним джерел інформації, і виявлення джерел,що містять відомості про аналоги заявленого винаходу, дозволив встановити, щозаявник не виявив джерело, що характеризується ознаками, тотожними усіхістотних ознаками заявленого винаходу, визначення з переліку виявлених аналогівпрототипу, як найбільш близького за сукупністю суттєвих ознак аналога, дозволиввстановити сукупність істотних по відношенню до вбачаємо заявником технічногорезультату відмінних ознак в заявленому способі, викладених у формулі винаходу.Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходуз отриманням вищевказаного технічного результату, отримані в результатіпроведення експериментальних досліджень з розрізання злитків монокристалічногокремнію марки ЕКЕС-0, 01 діаметром D = 76 мм на пластини товщиною 0,51 мм.
Розрізання здійснювали наверстати «Алмаз-6М», попередньо зорієнтувавши і приклеївши кремнієвийзлиток до графітової підкладці і оправці спеціальним клеїть складом на основіепоксидної смоли, мікропорошку М40 і шелаку. Оправлення зі злитком закріплювалина тримачі відрізного верстата і розрізали монокристал на пластини алмазнимвідрізним кругом з внутрішньої ріжучої крайкою типорозміру 422 х 152 х 0,32 ммпри окружної швидкості кола Vк = 24 м / с (n = 3000 об / хв) і врізний подачіVs = 40 мм / хв. У зону обробки подавали МОР. В якості СОЖ використовували0,5%-ний водний розчин продукту Аквол-11. МОР подавали з форсунок з діаметромвихідного отвору d = 2 мм, розташованих симетрично відносно точки дотикумонокристала ріжучої крайкою відрізного кола під кутом 75o до дотичної в точцідотику струменя МОР з кромкою кола. При цьому форсунки знаходилися на відстані(2,5 — 4) d, тобто (5 — 8) мм, від ріжучої кромки і на (1,1 — 1,4) D, тобто (84- 106) мм, від точки дотику злитку кромкою кола на початку різання. Витрата МОРзмінювали від 0,15 до 3,5 дм3/хв.
Оптимальна витрата МОР буввизначений по залежності, наведеної у формулі винаходу, при наступнихпараметрах: n = 3000 об / хв; Хз = (50 + 40) / 2 = 45мкм; dв = 152 мм; b = 5мм; hкрз = 27 мкм; Ns = 102,11 шт/мм2; N1 = 3495 шт/мм3.
/>
При розрізуванні злитка з витратою,меншим оптимального, спостерігалося засолювання кола. У відрізуваної пластинірозвивалися тріщини, спрямовані по довжині дуги контакту круга із заготовкою.Це пов'язано з тим, що мала кількість МОР не встигало вимивати шлам із зонирізання. Частинки кремнію забивали міжзеренний простір. Стовщена ріжуча кромкарозклинювати нежорстку пластину, викликаючи в ній зростання тріщин по довжинідуги контакту і, як наслідок, розколювання пластини на окремі фрагменти.
При подачі в зону різання МОРз витратою, що перевищує оптимальний, надлишок рідини, не розмістився вміжзеренного просторі ріжучої кромки, розтікається в зазорі між кругом інежорсткої пластиною, надаючи на останню розклинюючий вплив і сприяла б появідодаткових розтягуючих напружень, які викликають спотворення геометричної формипластини. Отже, дляотримання пластин з найменшими прогином і відхиленням від паралельності призбереженні можливості евакуації шламу із зони різання необхідно подавати МОР навідрізний круг з витратою.
Висновок
Спосіб різаннямонокристалів кремнію, що включає приклейку монокристалу до оснащення,установку його на відрізні верстати і розрізування монокристала на пластиниалмазним кругом з внутрішньої ріжучої крайкою при подачі СОЖ, що відрізняєтьсятим, що подачу МОР здійснюють симетрично відносно точки дотику монокристалакромкою відрізного круга в напрямку під кутом, рівним 70 — 80o, до дотичної вточці дотику струменя МОР з кромкою кола з джерел МОР з діаметром вихідногоотвору d = 1,5 — 3 мм, розташованих на відстані (2,5 — 4) d від точки дотикуструменя з кромкою і на відстані (1,1 — 1,4) D від осі джерел МОР до точкидотику монокристала кромкою кола на початку різання, де D — діаметрмонокристалу, при цьому МОР подають з витратою, що дорівнює кількості рідини, щотранспортується в одиницю часу в межзеренного просторі ріжучої кромки кола,
/>
де Q — витрата МОР, м3/хв;b — ширина ріжучої кромки відрізного круга, м; xз — средневірогідний розмір зерен круга, м; n — частота обертання відрізного круга, об / хв; db — діаметр ріжучої кромки круга, м;hкрз — критична глибина закладення зерен у зв'язку кола, м; NS — число зерен на поверхні кола, шт/м2; N1 — кількість зерен в одиниці об'єму алмазоносного шару відрізного кола, шт/м3.
Використані джерела
1. «Работоспособность алмазныхкругов»/ М.Ф.Семко, М.Д.Узунян, Ю.А.Сизый, М.С. Пивоваров. -Киев: Техника,1983. — 95 с.
2. Щипанов В.В., Щипанов А.В.Теплофизическая схема шлифования с применением СОЖ //Смазочно-охлаждающиесредства в процессах обработки. — Ульяновск: УлПИ, 1992. -С.11-15
3. Учеб. пособие для ПТУ. Кн. 4.Механическая и химическая обработка /С.Н.Никифорова- Денисова. — М.: Высш.шк., 1989. — С. 12-22