автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности операции разрезания заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины алмазными отрезными кругами

ГОСУДАРСТВЕНЕН КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КРУНЕННИКОВ ОЛЕГ ГЕННАДЬЕВИЧ

УЖ 621.315.592:621.9

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПЕРАЦИИ РАЗРЕЗАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ 1 ЮЛУ :1РОВО Д]ИКОВЫХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ 1ЛАТЕРИАЛОВ НА ПЛАСТИНЫ аЛМАЗКШИ ОТРЕЗНЫМИ КРУГАМИ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ . диссертации на соискание ученой степени кандидата технических, наук

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАН®

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Ш1ЕННЖОВ ОЛЕГ ГЕННАДЬЕВИЧ

УЖ 621.315.592:621.9

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПЕРАЦИИ РАЗРЕЗАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ПОЛУЙРОВОДШОВЫХ. И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКЖ МАТЕРИАЛОВ НА

Ш1астш.а$<1азнши отрезными кругами

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ . ■ *

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Ульяновского государственного технического университета.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники

доктор технических наук, профессор Худобин Л.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,, профессор-

Филин А.Н.

кандидат технических наук, доцент • Щцанов В.Ф.

Ведущее предприятие - производственное объединение "Итиль"

(г. Ульяновск)

Защита диссертации состоится 27 сентября .1994 года в 12 часов на заседании специализированного совета К 064.21.02 в Первом учебном корпусе Ульяновского государственного технического университета но адресу: 432700, г. Ульяновск, ул. Энгельса, 3. - • -

Просим Вас принять участие в обсуждении работы и направить Ваш отзыв на автореферат (в двух экземплярах), заверенный печатью, по адресу: 432700, Ульяновск, ГСП, ул. Северный Венец, 32, УлПУ. к

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УлГТУ.

- Автореферат разослан "_" августа 1934 г.

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н., профессор

В.Ф.Гурьянихин

}

- 3 -

СЕДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современной микроэлектроники несмежно без создания, совершенной элементной базы, основу которой вставляет производство полупроводниковых приборов и интегральных шросхем. Для изготовления последних используют пдасткны круглой >рмы диаметром от 40 до 250 им и толщиной (0,35-2) тл из различии полупроводниковых и диэлектрических материалов, на которых ;тодами планарной технологии формируют элементы топологии, имею-:е микронные и субмикронные размеры. Для создания таких элементов последующего нормального Функционирования полупроводниковых при-¡ров и интегральных микросхем требуется почти идеальная геометри-!ская форма подложек, а также отсутствие дефектов и загрязнений : их поверхностях.

Операция разрезания заготовок из неметаллических материалов пластины, являясь основной заготовительной операцией, з ходе гполнения которой происходит формообразование пластин, не может еспечить требуемого их, качества. В сйлу технологической каследс-;енности дефекты микро- и макрогеометрии .пластин переносятся с готовительной (разрезание) на отделочные операции (алмазное и мико-мехэничееное полирование). Поэтому ваяно рте на операции зрезания получить пластины с наименьшими дефектами.

Наблюдающаяся в последние годы тенденция к увеличению диа-тров подложек и плотности размещения на них элементов топологии иводит к ужесточению требований к геометрической форме и качес-у поверхности пластин. Проблема получения на операции разрезая совершенных пластин становится все более актуальной.

Существенно улучшить характеристики отрезанных пластин мох-путем рационального применения емазочно-охлаждащих жидкостей ОН), роль которых, как обязательного элемента^технологического еспечения операций разрезания, об'зепризнана. Между тем, иссле-вания по оптимизации расхода ССЖ и его влиянию на формирование рактеристкк качества пластин практически отсутствуют. Весьма з-бс изучены также Еспросы стабилизации режущей кромки отрезных угоз и комбинированная обработка_ пластин,-что сдерживает воз-кностн повышения качестза подложек из полупроводниковых и диэ-ктрических материалов и производительности разрезания.

лвтст:

I. Результаты теоретико-экспериментальных исследований .

- влияния расхода СОЖ на формирование макропрофиля пластин из неметаллических материалов,

- влияния стабилизации режущей кромки отрезных кругов на шероховатость отрезанных пластин,

- формирования нарушенного слоя пластик в ходе комбинированной обработки.

2. Новый способ контактной пассивной стабилизации, отрезных кругов по а.с. № 1705095.

3. Результат^ экспериментальных исследований влияния

- расхода СОЖ на качество пластин и производительность раз резания, а такте влияния макро- и микрогеометрии отрезанных плас тин на характеристики качества подложек после их окончательной обработки,

- контактной пассивной стабилизации алмазных отрезных кругов с наружной режущей кромкой (AGK) на качество отрезанных к полированных пластин и на производительность разрезания.

4. Результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения основных положений работы в промышленность.

Цель работы. Повышение эффективности операции разрезания заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины путем рационального применения ССЖ, стабилизации режущей кромки отрезных кругов и комбинированной обработки пластин.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Теоретически и экспериментально исследовано влияние расхода COS на выходные параметры отрезанных пластин.

2. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность повышения качества пластин путем стабилизации режущей кромки отрезного круга, а также возможность получения .пластин с высокой точностью геометрической формы путем применения комбинированной обработки.

3. Разработаны рекомендации по применению предлагаемых _ -средств повышения эффективности операций разрезания заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины. Результаты работы внедрены в промышленность.. -

Научная новизна.

I. Выявлено аналитически и экспериментально г.оказано, что на формирование макрогеометрии пластин наиболее существенно влияет "расклинивающее" действие ССЖ. Получена зависимость для рас-

ета прогиба отрезанных пластин с учетом свойств заготовки, СОЖ, эзмеров круга и режима разрезания.

2. Получена теоретически и экспериментально подтверждена ^тематическая модель для расчета рационального расхода СОЖ, ис-одя из условия транспортирования жидкости э межэеренном прост-анстве алмазного отрезного круга с внутренней режущей кромкой 1КВР).

3. Для устранения негативного влияния осевых колебаний репей кромки отрезных кругов на качество отрезанных пластин и зза разработан новый способ разрезания с контактной пассивной габилизацией кругов АОК и АКВР, затэтденный а.с. № 1705095.

Аналитическим путем получена и подтверждена эксперименталь-э зависимость для расчета шероховатости поверхности пластин по зраметру Ра при различных условиях разрезания заготовок со таем "стабилизатора" кругом АОК.

4. Аналитическим путем получена математическая модель для ¡.счета толщины нарушенного в ходе выполнения комбинированной ¡работки слоя в зависимости от припуска на шлифование и зер-ютости шлифовального круга, адекватность которой реальном!' юиессу доказана модельным экспериментом.

Практическая ценность и реализация работы в промышленности.

1. Доказана возможность повышения точности бормы отрезан-к пластин путем рационального применения СОЖ.

2. Показана высокая технологическая эффективность нового юсоба контактной пассивной стабилизации отрезных кругов, по-юлякщего повысить качество отрезанных пластин и производитель->сть разрезания.

3. Разработаны и внедрены на ПО "йтиль" технологические ре-■мендации по разрезанию монокристаллического кремния и устрсй-

во для контроля степени- натяжения кругов АКВР. Расчетный годо- • й экономический эффект составил 16,66 млн. рублей в ценах 93 года.

Апробвггля работы. Основные результаты доложены и представки на зональном сеигнаре ''Состояние и перспективы применения хнскриологии з различных отраслях народного хозяйства", Пен-нскпй политехнически:"' институт, 1990; Всесоюзной научно-тех-чэской кон^ерекпк: "ликрозлектроника з машиностроении", Уль-овсккй центр микроэлектроника и автоматизации мазиностроения, 92; научно-технической конференции "Прогрессивная технология

в машиностроении", Тольяттинский политехнический институт, 1992; международной научно-технической конференции "Смазочно-охлажда-ющие технологические средства при механической обработке заготовок из различных материалов", Ульяновский Дом науки и техники, 1993; международной научно-технической конференции "Технология -94", Международный центр экономики, науки и.техники г. Санкт-Петербурга, 1994; научно-технических конференциях Ульяновского политехнического институте-вГ 1990 - 1994 годах; научно-технических семинарах'кафедр "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки 'и инструмента" Ульяновского политехнического института в 1992 - 1994 годах.

Публикации. По уелю диссертации опубликовано 10 печати?« работ, получены 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит и:; введения, пяти.разделов, заключения,. списка литературы (175 наименований) и приложений, включает 2Ь2 страницы машинописного текста,'29 таблиц и 75 рисунков.

Теоретико-экспериментальные исследования влияния СОЛ на формирование макропрофиля пластик

"Для определения прогиба пластин под действием СОЕ моино воспользоваться зависимостью, связывавшей прогиб / с разностыо толщин нарушенных слоев на обеих сторонах пластины л ЬР \

где - коэффициент Пуассона; 6С - напряжения на поверхности нарушенного слоя; - модуль упругости; „Яз - радиус разрезаемой заготовки; - толщина отрезаемой пластины.

Известно, что АЬр приводит к возникновению на с'тогоне пластины с более глубоким нарушенным слоем растягивающих напряжений, тогда как противоположная сторона (менее "разрушенная"5 испытывает напряжения сжатия. При этом связь между максимальными растягивавшими напряжениями 6/> , которые способна выдержать пластина, и толщиной нарушенного слоя Ьр устан.-.н. и:.:.отся '!ч>гцу-лой Гриффитса:'

6р - учыг'

где

- удельная поверхностная энергия.

CQS, протекая в зазоре между кругом и нежесткой пластиной (рис. I), оказывает на последний расклинивающее действие, способствуя появлении дополнительных растягивающих напряжений 6*- и увеличению hp . В результате этого пластина сможет еыдержать напряжения растяжения бр , меньшие на величину б ж :

О)

^ J

1. Схема "расклкниваю-

Рис

щего" действия СОЖ: I - сопло для подачи СОЖ; 2 - СОЖ; 3 - пластина; 4 - круг АКВР; 5 - слиток

Тогда Д/)„ - Ьрж - Ьр - /

3?(бр /

Подставив (4) в (I), окончательно получим:

1

£ - ёо Г3 / /?3

г ~ , - а л- '1 As Л"

- б*)3-

г)

(4)

(5)

Напряжения в пластине от расклинивающего действия CQ3 бяг были найдены, исходя из следующих исходных условий: D Отрезаемая пластина представляет собой консольную балку переменной жесткости, находящуюся под изгибающим действием равномерно распределенного давления (J, со стороны- СОЯ.

2) Пластина самоустанавливается в потоке расклинивающей ее жидкости (упорный подшипник Митчела).

С учетом вышеизложенного бж можно вычислить по формуле

^ _ mftiKnR^ г бп(^кс) г 7 я*--тт- —тгг— — ;: v. /» (в)

hi So

Кг

г + к с

где Ч - динамическая вязкость жидкости; - расход СОЖ;

Ьэ - зазор на выходе потока жидкости из пропила; Ис - коэффициент сужения зазора; Кп ~ коэффициент, учитывающий разрыеы з пленке ССЕ.

' — Ьр/г-Ье , где Ьрк - толщина реяучей кромки круга; ° По ~ тол-.ина корпуса круга.

Кс =

В,

Кп

=4

30'I

зеп $ -

е>ч

- 8

где 3 4

где

- зазор на входе жидкости в пропил:

П - частота вращения круга; р - плотность жидкости.

где Вцч ' целой части пленки СОЖ

с разрывами; £Ц - ширина целой пленки

-1 ¡¡Гда ¿/У д**Т»ин

СОЖ, численно равная диаметру разрезаемого слиткя, '

Рис. 2. Влияние расхода ССК 0-ж на прогиб пластин / : I - теоретическая кривая (расчет по формулам (5) и (б); 2 - экспериментальная кривая: станок "Алмаз-бМ"; круг АКВР АС6 60/40; V* = 20 м/с; - 40 мм/мин; СОШ - Аквол-П (0,5 %); заготовка -кремний 6 76 мм ЭКЭС-0,01 '

Анализ~зависимостей (5) и (6), а также кривых, изображенных на рис. 2, показывает, что с увеличением расхода й.*-..возрастают напряжения бж , вызванные расклинивающим действием СОЖ, что в свою очередь приводит к росту прогиба пластин / . Адекватность модели (5) реальному процессу разрезания доказана методом корреляционно-регрессионного анализа.

Определение рационального расхода СОЖ

Рациональным считаем такой расход СОЖ, при котором зона резания достаточно эффективно охлаяодается, режущая 1фомка очищается от"отходов обработки, а отрезанные пластины имеют минимальные дефекты макрогеомвтрии.

< Как показано выше, СОЖ, подаваемая на круг с большим расходам, вызывает увеличение прогиба отрезаемых пластин в силу расклинивающего действия жидкости. Поэтому, для получения пластин с высоким качеством макропрофиля, следует минимизировать расход СОЖ. • -

Гидроаэродинамические исследования показали, что режущая кромка круга АКВР доступна для попадания на нее СОЖ, подаваемой из сопла даже с минимальным расходом. При этом исследованиями гранулометрического состава шлама, образующегося при разрезании

кремния, установлено, что рэзмеры частиц плама обуславливают возможность размещения его'в межзереннс-м пространстве ре-чудей 'кромки круга, а значит и псзможссть транспортирования его . змейте с .жидкостью непосредственно в зону резания.

Taici"! образом, для получения пластин с высоким качеством макрогеометрии и для эффективной эвакуации плама необходимо подавать ССН с расходом, плсдзкно' равнгп колгеэсгву жидкости, транспортируемой э метаереннсм пространстве режут: ей крсмки з зсну резания в единицу времен:!:

GLx = ctfXi-SwM-Kvi-x'yn > - (?)

где Ыг , dу - соответственно диаметра иаругкой и внутренней поверхности реяучей кромки круга АКБ?; £,хРj - относительная' критическая глубина заделки алмазных зерен в связку; Kv ~ ко-э^ппиент, учптотаяаий' olh-ем, занимае.»"ый алмазнкми зернаии, вн-ступа>7"1'.ми из СВЯЗКИ.

- где Ькр^ ~ критическая глубина заделки

зерна;

*Ti

Х} - средневероятнкй размер зерна.

£*рз' Мs \ / - 1

Vis

где \/,з --

- об-ьем едишгчного

7......

зерна; /V/ - количество зерен в единице обт-ема; /Ys -зерен на поверхности круга.

С цельп доказательства адекватности модели (7) проведены эксперименты по разрезанию слитка кремния марки ЭНЭС-0,01 ф 76 ма кругом АКБ? 422x152x0,32 мм ACó 50/40 на пластины толщиной /?3 = 0.5J- мм при V$ - 40 ми/мин и Vh - 20 м/с; з качестве ССЭ использовали 0,5 'л-иый водный раствор продукта Акзол-П.

Расход в.¡r, I Прогиб J- ,, Отклонение от Наличие заса- Состояние

цм3Дтпн 1 мкм ! параллельности л h , м км ливания режу-•дей кромки отрезанных пластин

3, 5 10,3 " 9,5 Не наблядэется Цельте

о 6,2 п " , ' То же То же

1,5 4,9 5,8 То же То же

т л 4j j о ' 4,6 То же То же

0,5 2,2 3,9 То же То же

- K,mt = 0,сэ 1,5 3,4 То же Тс же

0,15 " Засаливание, образование нэроста Раскалывание по дугам контакта

всухую - - То же Тс же

- ю -

Исследования показали (табл.), что наилучшие характерно-* тики макрогеометрии имеют пластины, отрезанные с расходом C0S, равным рассчитанному по формуле (7). При этом отсутствует засаливание режущей кромки круга и пластины сохраняют свою целостность. ,

. При разрезании слитка с расходом, меньшим расчетного, наблюдалось засаливание 1фуга. Режущая 1фомка темнела, а в месте входа струи жидкости в пропил происходило образование "нароста из шлама. Через некоторое' время пластина раскалывалась по дуге контакта круга и заготовки, а "нарост" срывался. При прорезают кругом оставшейся части слитка bhobí. наростал комок шлама и скалывалиеь остатки пластины- При увеличении расхода C0S до расчетного значения режущая кромка очищалась"от продуктов реза •ния, а засаливание прекращалось.

Таким образом, для получения пластин' с наименьшими прогибом и отклонениями от параллельности при сохранении возможност эвакуации шлама из зоны резания необходимо подавать C0S на кру АКВР с расходом, рассчитанным по формуле- (7).

Проведенные нами при помощи перерезаемой полуискусственно термопары экспериментальные исследования средней контактной те млературы реза подтвердили достаточность данного количества жи дкости для-отрезания пластин без термических нарушений.

1.Влияние стабилизации режущей кромки отрезных кругов на качество пластин

В ¡процессе изготовления и"установки в-зажимные фланцы у отрезных кругов АОК появляются отклонения форда корпуса круга. В результате,этого'при вращении круга АОК возникают колебания, приводящие к увеличению ширины пропила, появлению сколов, уху--дшению шероховатости поверхности реза и другим негативным яв-' лениям. Устойчивость отрезных кругов можно повысить, используя тот или иной способ стабилизации.

Нами предложен способ контактной пассивной стабилизации, сущность которого поясняется рис. 3.

Перед разрезанием на заготовке I закрепляют слой лег>;о-разрушаемого вещества 2 толшиной Л. В процессе резания такой "слоистой" заготовки отрезкой круг 3 "защемляется" в этом слое материала, амплитуда его колебаний уменьшается. Это приводит i

Рис. 3. Расчетная схема для определения длины дуги контакта круга АОК со слоем "стабилизатора" : I - заготовка; 2 - слой стабилизирующего зещества; 3'-отрезной круг -

уменьшению ширины пропила и повышению качества реза.-

Амплитуду колебаний стабилизированного круга АОК можно определить по формуле

А (во) _ (1- йп9н)

г ' (у- sin в0)

где А(Оо) - амплитуда колебаний нестабилизированного круга АОК;

QH и &а - кинематические углы встречи стабилизированного и нестабилизированного отрезных кругов: во - arceos , где

- расстояние от.оси вращения круга до поверхности заготовки; Rk - радиус отрезного круга. 6и -arceos ^ , где Н -

толщина слоя "стабилизатора".

А(вн)

(8)

Як

Изменение амплитуды колебаний отрезного круга под действием "стабилизатора", приведет к изменению шероховатости поверхности отрезанных пластин.

Представив по А.В.Ксрслеву процесс Нормирования микропрофиля поверхности как процесс переноса геометрических характеристик микропрофиля круга на обрабатываемую поверхность, получили, формулу для определения шероховатости пластин по параметру Rot при

разрезании 'стабилизированным кругом АОК:

ЗА

RuH - Ях„

iri {■{-sin г + 115

0,35

(9)

где €"ст - ■ дисперсия статического распределения активных зерен отрезного круга.

Анализ зависимости (9) и кривых на рис. 4 показал, что при увеличении толщины "стабилизатора" Н (увеличении кинематического угла в и .а значит, и sin вы (вы <90°) шероховатость поверхности отрезанных пластин уменьшается. Адекватность модели (9)

с,е

НКЦ С;7

С,£

О,? &

03

с. г

\

Яа

реалыа:,! условиям разрезания доказана с привлечением метода корреляционно-регрессионного анализа.

Рис. 4. Влияние толщины слоя "стабилизатора" Н на среднее арк-фг.:етичг ское отклонение профиля поверхности /?сх: I - теоретическая кривая (расчет пс £ор;.?уле .О)); 2 - экспериментальная кривая: станок "65-400"; круг АСК 1)251 С23 В£335 №п±еХ ) Ун = 30 м/с; = 50 к,«/мин; СО:: Аке-л-11 (0,5'э); заготовка - стокл оптическое К-8

Г-

Ьч!..

1- 4 <5 _

/5

И-

;о мм

Влияние комбинированно? обработки пластин ка толщину нарушенного слоя

Одним из перспективных направлений повышения эффективности зперепип разрезания является цсмфпгированная обработка пластин, сущность когссок пояснена на рис. 5.

2П К - гпс. 5. Схема способа коглбиннро-

__1,/ " Кк ванной обработки пластин: I - ел;:

тс;:; 2 - круг АКБ?; 3 - шггФоваль нь*й круг АЧХ

¥

1

Ус

а

40'Л

//

у*

В ходе гипелнгкия комбинированной обработки (КО) за один цикл разрезания ка одной из 'сторон отрезаемой шгаст^ни алмазным чашечным кругом образуется базовая плоскость. На последующих опе рациях механической обработки эта плоскость используется как надежная технологическая и измерительная база, относительно которо) легко обеспечить заданную точность геометрической формы другой стороны пластины. В результате такого построения технологического процесса повышается геометрическое совершенство готоеых пластин, сокращается число' операций и машинное время за счет совмещения ссергики разргзгния с слитовак::е:л сз^заннкм сбразпзом.

Одним из важнейших показателей качества пластин является толщина нарушенного слоя.

Воспользовавшись гипотезой накопления повреждений, толщину нар„ снного слоя после КО можно определить по формуле:

( еК*Ьш + eKu,(hu,-A«c)j 3 (IS)

где Нш - безразмерная постоянная, зависящая от физико-механических свойств заготовки и зернистости шлифовального круга;/?,,, -толщина нарушенного слоя после шлифования бездефектной поверхности; (hj, - А но ) - остаточная дефектность после снятия припуска на шлифование Дко . Адекватность модели (10) доказана проведе- ' нием экспериментов по моделированию процесса комбинированной обработки на шлифовальном 'станке САШ-420.

Варьируя зернистостью шлифовального круга, можно интенсифицировать или замедлять рост суммарной дефектности пластин. При этом критерием оптимизации, на наш взгляд, следует выбрать такую зернистость круга АЧК, при которой тол пина нарушенного слоя материала после комбинированной обработки Ужо не будет превышать величину остаточной дефектности после разрезания:

hjco ^ hp ~Axo- - (II)

Исследование технологической эффективности операции разрезания заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины

При разрезании монокристаллов кремния исследовали влияние расхода СОЖ на качество отрезанных пластин. Установлено, что основное влияние на характеристики макрогеометрии оказывает "расклинивающее" действие СОЖ, вызывающее дополнительно отклонение пластины от плоскости реза и искажение ее формы (рис. 6): с увеличением расхода СОЖ &ж с 0,25 до 3,5 дал3/мин прогиб / увеличился в"(5-7) раз, а отклонение от параллельности сторон пластин ДП возросло в 2,7 раза.

Следовательно, для повышения точности формы пластин на операции разрезания кремния кругами АКВР необходимо подавать СОЖ в зону резания с наименьшим расходом из исследованного диапазона,

т.е. в.ж = 0,25 дм3/мин. Это значение расхода соответствует значению, рассчитанному по формуле (7). /

На следующем этапе исследова^ ний кремниевый монокристалл разрезали на пластины, подавая в зону резания СОЯ с расходом = 0,25 дм3/мин и варьируя врезную подачу АКВР с 20 до 60 мм/мин. Затем отрезанные пластины подвергали дальнейшей обработке на операциях двухстороннего алмазного полирования (АШ и химико-механического полирования (ХШ).

Установлено (рис. 7), что закономерности изменения контролируемых параметров после операций разрезания, АЛ и ХШ одинаковы, т.е. дефекты макро-и микрогесыетрии, образовавшиеся на заготовительной операции, наследуются финишными операциями.

нхн

ТА"

4

О 0,5 1 15 2 ¿>5" а «Ун й* -

Рис. 6. Влияние расхода СОЖ йж на прогиб (I) и отклонение от параллельности ДП (2) отрезанных пластин: V* = 20 м/с; = 40 мм/мин; ССЖ - Аквол-Н (0,Ъ%); материал заготовки -кремний ЭКЗС-0,01

Рис. 7. Влияние врезной подачи 1/с на отклонение от параллельности : I, 2, 3, 4, 5 - соответственно 14 = 20;

30; 40; 50; 60 мм/мин; _•

- разрезание; - алмазное | |- хшико-механи-" полирование; ческое^полиро-

вание;

лго:л? того, яг.ся:е:-;о, t:xo ncrp,=LKOCT;i ùopr.2- • Сярогиб / отклонена« от п-^рчлле:гг.оетл лп па" v^are-ire н" caer.°i:i'-''. р^з-рез-и:,! = , не '.-cîrfjiTîTcr i.® onen-wx i l 1:е>:»н.шеской

обр^поткл п-пст.ш. шлр*»i¡.'.:i оконч-к-ди со.5 o5;>»i5omi ÍU ü А..1Г y.';v-.'u^'o'i ,a:«KO -с^г^к-^р.'.сглк' глкр^есгат-р;::! ад®стлц, уг<зн;л.1'>-_г: тш4.:нг н«руь«ш,огс ело« hp , * {первотельно,- ур^лчи^вт *:о—

прсчност.> лл-»ст.1.-1 Ьр . До cp-'F.ieH.Kj с рч J резанием тссл«' лшП ép т-релич::т>°ется « Со - рпз- р з'псжоо'Л'. от пэс-?ЬОЛ псдч: л Vj.

Bhí.'P-ígüo, '■то пр.; урел/оеняи »резной по^'-ги V's с ¿0 до 60 ,т\/: ,!н "ь'хэд го;;,ш--х цл->стль nocue il " oiu-uvic- с до TS ,'í.

w'kcni;p::,".9htk по p^jpej'Wîo зтспорок оп./.ческого етдкп .С-Ь 10К°3"ЛИ РЬ'ООКуз »jsbOKTÜFHOCT!" К0>. Г«!ПНО(Ч П«СС ЯЧ!ОЙ СТ*>б.!Л;!3«Ц:<.;'. кротк:- югтор \С.{ Ср te. Ь).

¡'■'.с. Ь. ]x¡.:n-:.\e PPf>jhj;; поя»ч:1 Ц • и

L.^pfKOP-'-vocT-i :u-ict in ло ячр.4-готр"/Г« : CTiv.TK "&5 - 400''; кр-т Д ¿ol; V> = 30 г/с;

= ~ дм3/".:!н; СО»; - А кпд:-i I .0,0 ..У; i; » j sp !-»д зто.о'к': -onTiii-i-'CKO!1 стекло .i-Ь; i, .., 3, 4 — CO.">WXTTVJ»JW ¡i - 0; »ó, ÓJ,

-■■'J >.г

' О" <?0 ьО NM /ним ioa

/сг»иоп.1«"»о, что :ir>.,.m'íren,:.í k"h7^ktj:o;'j л"СС.*.гнод ct" v,n nrmpcvi »ет o;i!3!'T:- плоцт*.- ската? i» i,4 - ¿.Ô pi.ä", ¡.epoxo^nocr- по п^рт »rpv /?а нч ..óv - fc-w' -i ;ьчр"с.:т. пполз-■>гч.л*гя гост, рч jpe.j->riLi Р 5 - -i ргз« со<].->.ченл1". ¡и* ui'.eiíHoro .. m.ест*" n-'.^ctiiíi pi-\j".

ос!1 ОРТ .л м т'ор^тлко-укслер •.'гз'чл: -лсслечо'^гл!: p"j-у»1о «•»»•>' л f!jpr,pi;¡ i; hi .io "Лт.;л:" г. Улр.«но«ск" техкалогнческле )1-КОК<ЯЩ*»Ц:5".1 ПО p4.ípC3"H.i>0' Г.ОКОКрЛСТРЛЛЛЧССКОГО XV'ÜMi.i ^ КруГ'ПГ.'.

ï.iBi

ЗАКЛШЕНЖ

Б результате выполненных теоретико-экспериментальных иссле- ' дований получены следующие научные выводы и практические результаты.

1. Получены-аналитическим'путем и подтверждены экспериментально математические модели для расчета

- прогиба отрезанных пластин вследствие "расклинивающего" действия СОЖ с учетом свойств заготовки, СОЖ, размеров круга и режимов разрезания,

- рационального расхода СОЖ исходя из условия транспортиро-•вания жидкости в межзеренном пространстве режулзей кромки АКВР,

параметра Ra шероховатости поверхности пластин при раз---личных условиях разрезания с контактной пассивной стабилизацией отрезного круга по а.с. £ 1705095,

- толцинк нарушенного в ходе выполнения комбинированной обработки слоя материала в зависимости от припуска на шлифование

и зернистости шлифовального круга.

2. Выявлено, что для эффективного ^разрезания монокристаллического. кремния 4 76 км достаточно подавать .в-зону резания СОЖ

с расходом 0.ж = 0,25 дм3/мин. При этом прогиб J- уменьшается в 6-7 раз, отклонение от параллельности сторон ДЯ - в 2,7 раза и шероховатость поверхности по параметрам Ra , Rrnux и /?а -на 20

3. Экспериментально установлено, что изменения параметров^ качества пластин при их отрезании с разными врезными подачами Vs переносятся, в силу технологической наследственности, на характеристики макро- и микрогеометрии пластин после выполнения операций окончательной обработки (АЛ и ХЫП). Доказано, что погрешности формы ( т, АП ), порченные на -операции разрезания, не устраняются на последующих операциях ТП механической обработки пластин, улучшается только качество поверхности.

4. Доказана высокая технологическая эффективность нового способа контактной пассивной стабилизации отрезных кругов. Применение способа на операции разрезания кругами АОК позволяет уменьшить площадь сколов в 1,4 - 2,5 раза, шероховатость пластин по параметру Ra на С16 - 3ti) %, повысить производительность разрезания в 3 - 4 раза при сохранении неизменного качестза пластин и реза; снизить шероховатость пс параметру полирозаншг':

пластин в 1,4 - 2,4 раза по сравнен;® с лероховатосТью пластин, отрезанных традиционным способом, и сократить з 1,5-4 раза время полирования.

5. Разработаны л внедрены на ПО "Итиль" (г. Ульяновск) технологические рекомендации по разрезанию монокристаллического-кремния и устройство для контроля степени натяжения кругов АКВР. Расчетный' годовой эргономический эффект от внедрения составил 16,66 млн. руб.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Белов 'I.A., Крупенников О.Г. Совершенствование операций абразивной разрезки заготовок из неметаллических материалов путем. стабилизации подонения ре.т.уцей кромки отрезных кругов /У Научн.-техн. прогресс и инженера. образование: Сборник тез. докл, 24-й научн.-техн. кон*. - Ульяновск:'УлПИ, 1990. - С. 34-35.

2. Веткзсов К.И., Белов У.А., Федотов A.A., Крупенникоз О.Г. Повышение технологической эффективности операций абразивной обработки за счет подачи СОЖ в замороженном состоянии // Состояние и перспективы применения технокриологки в различных отраслях народного хозяйства: Сборник тез. докл. зенальн. семинара. - Пенза: ППИ, 1990. - С. 2-4-26.

3. Белов М.А., Крупенникоз О.Г. Повышение качества пластин из неметаллических материалов на операциях разрезки алмазными от-, резными кругами / Научн.-техн. прогресс и шег.енорн. образование: Сборник тез. докл.-25-й научн.-техн. конф. - Ульяновск: УлПИ, 1991. - С. 6.

4. Крупенников O.P., Белов H.A. Повышение эффективности опе-ратдга.разрезания полупроводниковых монокристаллов на пластины путем рационального применения ССЖ и комбинированной обрзботки// Няучн.-тэхн. прогресс и инженерн. образование: Сборник тез. докл. 2о-й научн.-техн. конф. - Ульяновск: УлПИ, 199.2. - С. 24-25.

~ 5. A.c. "3" 1705095, СССР, 1Ш Е28Д 1/00. Способ резки твердых к хрупких материалов / Л.В.Худобин, М.А.Белов, О.Г^Хрупенни-ков. - 4741973/33; ззлзл.' 27.06.h9; опубл. 15.01.92. - Еял. Г 2. -4 с.

о. A.c. ?' 1753205, СССР, ¿vi В2сД 1/04. Устройство для резки твердых и хрупких материалов ./ Л.В.Худобин, М.А.Бзлоз, О.Г. Крупенников, ^.„¡.¿¡орозкнн. - 4^54024/33; ззязл. 25.07.90; опубл. 23.09.92. - Еюл. 35. - 4- с.

' 7. A.c. № 1770134, СССР, Ш В28Д 1/00. Устройство-для резки твердых и хрупких материалов / Л.В.Худобин, М.А.Белов, О.Г. * Крупенников, "А.А.Федотов. - 4777847/33; заявл. 08.01.90; опубл. 23.10.92. - Еюл. № 39. - 4 с.

8. Белов М.А., Крупенников О.Г. Повышение эффективности операции разрезания заготовок из неметаллических материалов на пластины путем рационального применения С0Ж // Микроэлектроника в машиностроении: Сборник тез. докл. Всесовзн. научн.-техн. конф. -Ульяновск: НТК "УЦМ и AM", 1992. - С. 65.

9. Крупенников О.Г., Белов М.А. Рациональное применение СОН на операциях разрезания заготовок из неметаллических материалов на пластины ,// Прогрессивная технология в машиностроении: Сборник тез. докл. науч. - техн. конф. - Тольятти: ТолШ, >1992.'- С. 16.

10. Белов М.А., Крупенников С.Г. Повышение качества пластин из неметаллических материалов на операциях разрезания заготовок_ алмазными отрезными кругами // Сыазочно-охлаждающие жидкости в процессах абразивной обработки: Сборник научи, трудов-. - Ульяновск: УлШ, 1992. - С. 52-67.

11. Крупенников О.Г., Белов М.А. Повышение качества кремниевых пластин на операциях разрезания монокристаллов алмазными кр отрезными кругами путем рационального применения СОЙ // С0ТС при механической обработке заготовок из различных материалов: Сборник тез. докл. Международн. научн. - техн. кок5,- Ульяновск: УлШ,-1993. - С. 69-71.

12. Крупенников О.Г. Повышение точности форлы кремниевых пластин путем применения .комбинированной обработки // Сборник тез. докл. 28-й няучн.-техн. конф. - Ульяновск: УлЯИ, 1994. - С.З.

13. Худобин Л.В., Крупеннкков О.Г., Белов J.A. Совершенствование операции разрезания полупроводниковых монокристаллов на пластины //Технология - 94: Сборник тез. докл. Международн. научн. - техн. конф. - С. -Петербург: ЩЭН и Т, 1994. - С. 17-18.

- ^ iW-t

ЛОДПИСТ-:С В П9'-°Т-' Ui.t/ü.Vx. «Тм.. "Г GUXOi, j- -:•«<

П'/.СЧая. iIv-ЛТо Oii-CfetK'» *. J С-. RP -,»1/. J .- ЗД. ... .,."„.

.Тираж 10ü экз. 3®квэ oii. ö--сл.;»•:.•:о.

Офсетная лобопят-ip/f. 'ijb'/uv, Г. «/«u >-i.0"CK, *-'Л.

СЬГелЬСя, Д. 3.