Исследовании контактных температур в процессе разрезания кремниевых монокристаллов алмазными отрезными кругами с внутренней режущей кромкой Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК Ъ2\315.592:021 9

.1 J llljllllf 1I4WL1

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТ4КТЯЫХ ТЕМПЕРATVp В ПРОЦЕССЕ PAЗРЕЗАНИЯ КРЕМНИЕВЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛМАЗНЫМИ ОТРЕЗНЫМИ КРУГАМИ С ВНУ m 1П1ЕЙ РЕЖУЩЕЙ КРОМКОЙ

Ичвестчо, что развивающиеся в процессе разрезания загстозск (слит ков) из полупроводниковых материалов упругие деформации отрезаемой пластины связаны с дислокационным механизмом образования трещин [1]. При •этом сформированный в ходе обработки дислокационный каркас сдерживает пелаксацин' напряжении и не тает «распрямиться» пластине. в результате чего образуются такие, дефекты макротеомефии пластины, как прогиб и алию-

UPUIJP ПТ nrmrVOPTUAPTIl íJ/^mi М/а ТТП ЛГТОПП ПТШ ТИЛПППППЯ отепттг л ППЛ1ГПУ*ТТ ........ ^ ' —W.t«« iUv liU uíiw^ttmiii l^auaWltltA у ДШШ11) W ШШ1>1ШШ1

слой материала толщиной (5 - 6) мкм, то. согласно [1], дислокационный каркас разрушается, и сплошное поле напряжений разделяется на отдельные участки, вследствие чего прогиб пластины уменьшается. В работе [2] образование дислокаций в поверхностном слое г истины связывают с возникновением температурного градиента, вызывающего значительное увеличение дефектов и прояв гяклцегося при температурах в зоне резания свыше 250 °С. Авторы объясняют возникновение градиента недостаточным охлаждением зоны обработки В го же время из работы [3] известно, что подача СОЖ с избыточным расходом приводит к увеличению прогиба пластин

Для определения расхода СОЖ, позволяющею отрезать пластины с минимальными дефектами макрогеометрии и без термических нарушений автор провел экспериментальное исследование средней контактной температуры реза. Эксперименты проводили на отрезном станке «Алмаз-бМ», разрезая кремниевый слиток 0 76 мм 3K3C-0,01-6Ki а маз шм отрезным кругом с внутренней режущей кромкой (.АКВР) 422x152x0,32 мм АС6 50/4С. При этом окружную скорость круга Vu изменяли от 14 дс 20 м/с, а скорость врезной подачи Vs - от 30 ю 45 мм'мик В зону резания подавали полусинтетическую С-ОЖ Аквол-1 J, вапьируя ее расходом Q от 0,25 до 1,5 дм3/мин. Контактаые leMrieDaTVDbi исследовали с помощью полуискусственной перерезаемой термопары (dhc. 1), которую изготовили из двух половинок разрезанного вдоль своей оси слитка. По плоскости разреза на равном удалении были уложены 7 конгтантановых пронотников 0 0,05 мм параллельно оси заготовки и тщательно изолированы друг от друга и от кремния. Затем обе половинка слитк? склеивали клеем ЗДП и высушивали в сушильном шкафу

Измерительная цепь термопары состояла из двух звеньев, первое из которых образовывали коне гантановые поовотники соединенные меж чу собой, а второе - сам крут АКРР через массу станка. Оба измерительных звена были подсоединены к записывающему светолучевому осциллографу «Нева-МТ2», факсмЙуЮщему на фотооумаге ьилталы ¿рмо-ЗДС.

Рабочий «спай» перерешаемой термопары образовывался в момент перерезания константа! ювого проводника режущей кромкой отрезного круг? благодаря проводящей связке алмазных зерен. При этом генерировалась тер-мо-ЭДС, пропорциональная величине контактной температуры

Термопару парировали при помощи образцовой искусственной хро-мель-алюмелевой термопары

В экспериментах проводили ¿«»меры контактной температуры по длине дути коыакта в семи точках по диаметру слитка в направлении врезной подачи V. Сем. рис. 1).

Рис 1. Схема измерения контактных температур 1 - половина литка кремния; 2 - константановые проводники- 3 - круг АКВР;

4 - сото для подачи СОЖ

Результаты измерений ^'средн°ли для получения средней контактной температуры реза. В ходе исследовачий были потучены зависимости средней контактной температуры резз 1 от элементов режима резания \ и У3 (рис 2 иЗ).

Как следует из графиков, с увеличением окружной скорости круга V, и скорости врезной подачи V контактна? тсмпепатупа во всем исследуемом диапазоне расхода СОЖ снижаемся на (60 - 80) °С Эго снижение можно объяснить уменьшением теплового контакта алмазных зерен с материалом заго-

г(лик'ы ппи поччпг. ттн астптч ипст. :ист ттллго и гит. ип п-о. н. я \т>\т^пт

ишш 1ММ ■ и ■ и! 1/ р II 1У1 1V £ > ; 1 м ЯЯ 111) .ддкидд VII гУ У 1

разрушения разрезаемого мртериалг при увеличении врезной подачи (по аналогии с увеличением нагрузки наиндентор).

Известно, что серьезные макро- и микроетруктупные изменения в кремнии происходят при температурах Т > 2/3 Т™ где ТГО1 = 1417 °С - температура плавления кремния [4], т.е. при Т > (800 - 900) °С. В проведенные экспериментах средняя контактная температура реза П не превышала 200 °С Следовательно, разрезание с люоым иccJIeдyeмым расходом СОЖ <3 позволяет попучать пластины без термических нарушений. Однако, если при 0 - 0,25 дм /мин прогиб пластин был оавек 1,5 мкм, при увеличении О до 1,5 дм3/мин прогиб вырос до 4,9 мкм, что подтверждает сделанный в [3] вывод об усилении расюшнивающех о действия СОЖ с ростом ее расхода.

"Чким обоазом, для того, чтооы отрезанные плагины имели минимальные дефекты макрогеометрии, реж>щая кромка круга АКЬ? очищалась от продуктов обработтси, а зона резания эффективно охлаждалась, достаточно

Вестни* УлГТУ 3/99

180

'С

140

120

100

т 80 1ср

60 40 20 0

14 16 18 м/с 20 V,--

Рис. 2. Зависимость средней контактной температуры реза Tq, от окружной скорости круга VK: Vs = 35 мм/мин; 1,2,3,4 -соответственно 0,25; 0,5; 1,0; 1,5 дагУмин

1

4 г-У-

1 1

i i 2 1

Рис. 3. Зависимость средней контактной температуры реза Tq, от

врезной подачи круга V»: V, = 18 м/с; 1. 2. 3. 4 - см. шс. 2

Вестник УлГТУ 3/99 69

подавать на круг СОЖ с расходом 0,25 дм /мин, что соответствует количеству жидкости, транспортируемому в единицу времени в межзеренном пространстве режущей кромки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Исследование напряженного состояния приповерхностных объемов кремниевых пластин для оптимизации производства полуфабрикатов ИС: Отчет о ИКР (заключ.) / Моск. ин-т электрон, технию Руководитель Гулидов Д Н. Инв № 02860084323. М МИЭТ. 1986. 208 с

2. Освоение технологических процессов, разработка технологии изготовления кремниевых монокристаллических пластин для полупроводниковых интегральных схем: Отчет о НИР / ВИМИ. Инв № 02840082984 Львов: ВИ-МИ 1983.93 с

3. Крупенников О.Г Повышение эффективности операции разре?ания заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины алмазными отрезными кругами: Автореферат дис. ... канд. техн. наук. Ульяновск УлГТУ, 1994 18 с.

4. Обработка полупроводниковых материалов / о.И.ларбань, П.Кои, В.В.Роюв 1 др., Под ред. Н.В.Новикова, В ^ертольди. Киев: Наукова думка, 1^82 7^6 с

Крупепникив Олег Геннадьевич, кандидат технических, наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. **чегт статьи в области механической обработки Jaгomoвoк из полупроводниковых и диэлектрических материалов.