半导体材料线切割技术研究现状..pptx

半导体材料线切割技术研究现状? 半导体材料的性能与应用?放电切割加工研究现状 ? 半导体材料的电火花切割 ? 电火花线切割的伺服控制?半导体放电切割加工设备及检测装置的设计?半导体放电特性研究一、半导体材料的性能与应用目前定义半导体为导电性能介于金属和绝缘体之间，并且具有负的电阻温度系数的物质。一般意义上认为半导体具有五大特性：掺杂性，热敏性，光敏性，负电阻率温度特性，整流特性。掺杂性是指在半导体材料中掺入特定的杂质元素，材料的导电性能具有可控性；热敏性和光敏性是指半导体材料受到光照和热辐射，材料的导电性能会有变化；负电阻率温度特性是指半导体材料随着温度的升高，电阻率反而下降；整流特性是指半导体材料的单向导通性。由于这些特殊性质，半导体材料已经在航空航天、国防工业、通讯、电子工业、照明和太阳能等领域得到了广泛的应用，成为了不可或缺的基础材料。二、放电切割加工研究现状 2.1 半导体材料的电火花切割半导体材料难加工是因为它具有高脆性,低断裂韧性以及相近的弹性极限和强度的特点,当其所承受的载荷超过弹性极限时就发生断裂破坏,在已加工表面产生裂纹,严重影响其表面质量和性能。因此,若使用传统加工方法对半导体进行加工,其可加工性极差。半导体晶体具有一定的导电性能,不需要形成辅助电极就能适应放电加工。但由于半导体晶体的电阻率较高,并且具有许多的特殊电特性,利用电火花线切割方法在半导体方面的加工具有很高的技术难度,目前这一技术吸引了国外学者的大量关注。表 1.1 列举了半导体材料的几种切割方式2.2 电火花线切割的伺服控制2.2.1伺服系统伺服系统就是用来控制被控对象的某种状态,使其能自动地、连续地、精确地呈现输入信号的变化规律;伺服控制技术则是要求系统精确地跟踪控制指令、实现理想运动控制的过程，如图1.7所示。2.2.2 线切割伺服进给控制系统调节原理如图 1.8 所示,其中测量环节为系统检测得到的间隙平均电压信号,执行机构为步进电机,调节对象为电极丝与工件之间的距离;检测得到的间隙平均电压信号通过与给定值的信号进行比较,然后将差值经过放大环节和压频转换电路,使得将差值电压信号转为一定频率的脉冲而控制步进电机的进给。 三、半导体放电切割加工设备及检测装置的设计3.1试验加工设备本文介绍的是杭州华方数控机床有限公司生产的 HF400D 摇摆锥度快走丝电火花数控线切割机床(图 2.1)进行切割试验,其各项指标如表 2.1 所示，硅片放电切割加工系统原理如图 2.2所示。3.2检测装置的设计弯丝过冲信号检测装置如图 2.3 所示,通过固定端螺钉固定于机床喷液装置上下方,调节固定端螺钉的位置,可以调节电极丝与检测电极前后距离,以适应不同的加工条件;调节检测电极则可以改变与电极丝之间的左右距离,调整检测精度。信号线从检测电极尾端引出,便于信号的采集处理。实物图如图 2.4 所示。四、半导体放电特性研究半导体放电切割原理主要基于金属放电切割原理,具有一定的相似性,但存在不同之处,以 P 型晶体硅的正极性放电加工为例,其原理示意图可见图 3.3。切割工件为 P 型晶体硅,电极丝接脉冲电源负极,进电金属接电源正极,如果工件表面能够形成放电通道,则电流从电源正极分别经过进电金属、间隙工作液、硅、放电通道、电极丝和限流电阻流入电源负极而构成回路;当机床伺服控制系统控制电极丝进给,当其与晶体硅工件达到一定的极间间隙时,形成放电通道,产生火花放电。根据火花放电蚀除机理,放电过程中放电通道内形成高温热源区域,在该区域的局部电丝及硅表面同时被加热,使局部硅材料熔化、气化;由于加热过程短暂,因此硅材料的熔化、气化及工作液的汽化都具有爆炸力,在爆炸力的作用下将蚀除的硅材料抛出,最终达到加工目的。同样,原理图中限流电阻主要是为了对过大放电电流的限制,防止电源功率元件的烧毁。放电过程中半导体晶体材料具有一定的体电阻,并且受到温度等因素的影响使得该电阻值在放电过程中发生变化;半导体与进电金属接触可产生较高的接触电阻,因此 P 型晶体硅放电切割加工原理可由图 3.4P 型硅正极性放电加工等效电路模型表示。On the cracks self-healing mechanism at ductile mode cutting of silicon在塑性裂缝自愈机制模式切割硅 韧性模式切割加工硅已成为一项新兴技术,最初脆性材料由其被加工时产生塑性流动去除,产生韧性部位,因此留下了一个无裂口的光滑表面。然而,硅的韧性模式切割几乎只有在仔细选择工艺参数的情况下才能实现。实验表明，只有在部分韧性模式下，微裂缝，微裂纹和小剥落缺陷腔的自愈才更容易由金属硅填满实现。 研究发现，在硅被挤压时，半导体晶体的金相转变, 是韧性模式切割硅的物理基础。在金刚石工具(或硬度计压头)压入硅