多線(xiàn)切割中切割線(xiàn)振動(dòng)作用研究

1 引言

　　硅晶錠多線(xiàn)切割是半導體原料加工中應用最廣泛的切割方法。這種切割方法的原理是由很細而且具有一定張力的金屬切割線(xiàn)攜帶砂漿(由切削液與研磨劑按一定比例配制)來(lái)對半導體進(jìn)行磨削加工。在工作中，砂漿的特性及作用會(huì )直接影響到大直徑硅晶錠的切割質(zhì)量及其精度。但在另一方面，砂漿在切割線(xiàn)的狀態(tài)也會(huì )對切割質(zhì)量及切割效率產(chǎn)生一定的影響。

　　在本文中我們主要討論了砂漿在進(jìn)入切割晶錠工作區域后的運動(dòng)作用對切割晶片質(zhì)量產(chǎn)生的影響，特別是多線(xiàn)切割機應用較細切割線(xiàn)時(shí)砂漿對切割效果的影響。通過(guò)使用高速相機記錄下砂漿在切割線(xiàn)上的粘著(zhù)狀態(tài)及在切割中起到的作用，而且也描述出切割線(xiàn)在高速往復中會(huì )有一個(gè)低頻率的振動(dòng)，這種振動(dòng)提高了切割線(xiàn)在攜帶砂漿進(jìn)入切割區域的砂漿量。指出了這種振動(dòng)效應應該被充分地重視，它會(huì )促使多線(xiàn)切割的工作效率得到提升。

2 實(shí)驗設備及方法

2.1砂漿量及砂漿作用

　　圖1顯示出切割線(xiàn)上的砂漿量的測量方法。

　　圖1中，我們可測量出距工作點(diǎn)50 mm點(diǎn)處的砂漿量在砂漿總量中的比例，砂漿流到往復運動(dòng)著(zhù)的切割線(xiàn)上，當攜帶著(zhù)砂漿的切割線(xiàn)通過(guò)可吸收砂漿的海綿體時(shí)，海綿體可把切割線(xiàn)帶進(jìn)的砂漿全部吸收，這樣可以測出進(jìn)入工作區域的砂漿量。

  

2.2切割方法

　　圖3為是多線(xiàn)切割機的工作原理圖，工作臺采用下降工作方式，它優(yōu)于向上切割方式，避免了向上切割中由于切割過(guò)程中掉片而導致的切割斷線(xiàn)現象。砂漿被均勻地向下噴到高速往復的切割線(xiàn)上，由于切割線(xiàn)有微量的振動(dòng)，會(huì )更方便地把砂漿帶入切割區域。多線(xiàn)切割機還有一個(gè)非常顯著(zhù)的特征是切割線(xiàn)的振動(dòng)頻率與切割線(xiàn)的往復速度是正比例關(guān)系。

3 在切割線(xiàn)沒(méi)在微量振動(dòng)情況下的砂漿作用及切割特征

　　圖4顯示的是切割線(xiàn)對砂漿的攜帶量與切割線(xiàn)運行速度之間的關(guān)系。在切割線(xiàn)運行速度小于60 m／min時(shí)，切割線(xiàn)對砂漿的攜帶量隨運行速度的提高呈線(xiàn)性的增長(cháng)狀態(tài)，當切割線(xiàn)運行速度大于60 m／min時(shí)，速度的提高對砂漿攜帶量的影響就變得很小了。

 
 
　　在圖5(a)中顯示的是在切割線(xiàn)運行速度等于20 m／min時(shí)，在觀(guān)察點(diǎn)處觀(guān)察到砂漿在切割線(xiàn)上形成一個(gè)小砂漿團，而在圖5(b)中當速度等于100 m／min時(shí)，在同一觀(guān)察點(diǎn)觀(guān)察到的卻是砂漿在切割線(xiàn)上形成了一個(gè)膜層，均勻地涂在切割線(xiàn)上。另一方面，在切割線(xiàn)下砂漿層被觀(guān)察到在L=0 mm(該砂漿層定義為底部砂漿層)。該底部砂漿層是由切割線(xiàn)攜帶砂漿并按一定方向運行提供的，因此，我們認為被攜帶入加工區域的砂漿量的增加將產(chǎn)生更大的底部膜層。

　　兩個(gè)砂漿噴嘴是準備用來(lái)增加進(jìn)入加工區域砂漿量的，而且這些噴口設在線(xiàn)上順著(zhù)線(xiàn)運行的方向。線(xiàn)上砂漿量的測算隨距離兩個(gè)砂漿噴口的長(cháng)度而改變。圖片6顯示距離兩個(gè)噴口的長(cháng)度和砂漿量的關(guān)系。通過(guò)使用兩個(gè)噴口使線(xiàn)上砂漿量增加。從圖中可以看，兩個(gè)噴口距離過(guò)長(cháng)將降低攜帶的砂漿量。

 
　　圖7顯示兩種攜帶方式下切割效率的行為。很明顯根據改良后的供應砂漿噴口切割效率顯示達到先前供給砂漿效率的1.2倍。

4切割振動(dòng)中砂漿運動(dòng)和切割特點(diǎn)

 

　　圖8顯示非振動(dòng)切割和振動(dòng)切割下的切割效率。在振動(dòng)切割下切割效率大于非振動(dòng)狀態(tài)。當線(xiàn)的運行速度是200 m／min時(shí)，在非振動(dòng)和振動(dòng)切割效率差值顯示為32μm／min，而且在切割效率差別在線(xiàn)運行速度為400 m／min時(shí)是123μm／min。這些差值和增加線(xiàn)運行速度成一定比例。其切割效果是由變更頻率所致。

 

　　振動(dòng)線(xiàn)上的砂漿運動(dòng)由高速攝像機觀(guān)察發(fā)現其明顯的切割效果。圖9顯示觀(guān)測的砂漿運動(dòng)。實(shí)驗條件是線(xiàn)運行速度60 m／min；振幅1.0 mm，頻率60 Hz。當非振動(dòng)狀態(tài)，加工區域上被攜帶的砂漿懸掛在線(xiàn)下。但當振動(dòng)時(shí)攜帶的砂漿則圍繞線(xiàn)上下方向運動(dòng)。當在線(xiàn)上的砂漿運動(dòng)時(shí)，工作區域上攜帶的砂漿將相較非振動(dòng)狀態(tài)增加。

5 結論

　　通過(guò)研究砂漿運動(dòng)和切割效率明了如下幾點(diǎn)：

(1)當線(xiàn)運行方向的兩個(gè)砂漿噴口被使用時(shí)，加工區域的砂漿攜帶量被提升，切割效率可提高10％。
(2)加工區域的砂漿攜帶量受線(xiàn)下底部膜層影響。
(3)切割線(xiàn)帶有振動(dòng)的效果是切割線(xiàn)攜帶砂漿能力得到提升并有效提高切割效率。