1 山东省科技服务发展推进中心，济南 250101
2 山东大学机械工程学院，济南 250061
作为典型的硬脆材料，氧化镓晶体(β-Ga2O3)加工时易裂解。金刚石线锯是生产β-Ga2O3晶片的主要方式，切片加工过程中会在晶片表面产生微裂纹损伤层，应力作用下微裂纹会发生扩展，导致材料破碎和断裂。本文建立了金刚石线锯多线切割β-Ga2O3(010)晶面的有限元模型，研究了锯切过程中机械应力、热应力和热力耦合应力的分布变化规律，分析了锯丝速度、进给速度和恒速比下不同参数组合对热力耦合应力的影响。结果表明，锯切过程中锯切热产生的热应力占据热力耦合应力的主导地位，锯切力引起的机械应力占比较小，但机械应力会影响热力耦合应力的分布情况，锯丝速度和进给速度的增加会引起热力耦合应力的增加。
金刚石线锯 有限元分析 热力耦合应力 机械应力 热应力 β-Ga2O3 β-Ga2O3 diamond wire saw finite element analysis thermal-mechanical coupling stress mechanical stress thermal stress
中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220
本文探究了往复式金刚石线锯的工艺参数对βGa2O3单晶沿(001)晶面切片时表面质量的影响，从压痕断裂力学理论角度探究了金刚石线锯切割βGa2O3单晶过程中磨粒行为和材料去除机理。实验从各向异性角度分析了切割方向对(001)面βGa2O3单晶切割片表面质量的影响，并采用SEM和SJ210粗糙度测试仪探究了工艺参数对金刚石线锯切割后的晶片表面质量的影响。实验结果表明，增大锯丝速度或减小材料进给速度都能降低亚表面损伤层深度及表面粗糙度，有效改善晶片表面质量。
βGa2O3晶片 金刚石线锯 切割方向 亚表面损伤层 表面粗糙度 βgallium oxide wafer diamond wire saw cutting direction subsurface damage layer surface roughness
1 山东建筑大学机电工程学院, 济南 250101
2 山东大学机械工程学院, 济南 250061
单晶硅晶圆衬底的直径增大、厚度减薄和集成电路(IC)制程减小是集成电路领域主流发展趋势。随着集成电路制程减小至5 nm, 对单晶硅晶圆衬底质量的要求越来越高。切片加工是晶圆衬底制造的第一道机械加工工序, 金刚石线锯切片是大尺寸单晶硅切片加工的主要技术手段。本文介绍了金刚石线锯切片加工的发展趋势和面临的挑战, 阐述了以单晶硅刻划加工研究为基础的金刚石线锯切片加工材料去除机制和电镀金刚石线锯三维形貌建模技术, 总结了单晶硅切片加工的晶片表面创成机制和裂纹损伤产生机制, 展望了单晶硅低裂纹损伤切片加工的工艺措施, 指出了单晶硅切片加工技术的发展趋势, 对集成电路制造技术的发展具有一定的指导意义。
单晶硅 切片加工技术 微裂纹损伤 金刚石线锯 机械刻划 single crystal silicon slicing technology micro crack damage diamond wire saw mechanical scratching
1 太原理工大学机械与运载工程学院, 太原 030024
2 太原理工大学, 精密加工山西省重点实验室, 太原 030024
针对硬脆材料圆盘件的成形切割问题, 提出一种基于电镀金刚石线锯的成形切割方法并进行切割试验, 采用3因素4水平正交试验系统研究切割线速度V(A)、转台W轴转速n(B)和金刚石线锯的张紧力F(C)对圆弧面径向跳动、线弓角度、切割效率以及表面粗糙度的影响规律。结果表明: W轴转速对圆弧的径向跳动(即圆度)、切割效率以及表面粗糙度影响最大, 张紧力的影响次之, 线速度的影响最小; 张紧力对线弓角度影响最大, 线速度的影响次之, W轴转速影响最小; 在本试验条件范围内, 经过试验验证得出的最优工艺参数组合为A3B1C1, 即金刚石线锯的线速度为8.96 m/s, 转台转速为0.25 r/h, 张紧力为12 N。且径向跳动、线弓角度、切割效率和表面粗糙度的极差分析结果与其方差结果一致。
金刚石线锯切割 硬脆材料 圆形零件 成形加工 正交试验 圆度 diamond wire saw cutting hard brittle material round part forming processing orthogonal test roundness
线锯切割技术在半导体晶体切割领域已经得到了广泛应用。对传统内圆切割技术进行了介绍，并针对新兴线锯切割技术的现有分类和研究水平做了总结，阐述了自由磨料线锯切割和固结磨料线锯切割两大类别的工作原理和研究进展。自由磨料线锯切割是取代内圆切割的一种广泛技术，而固结磨料线锯切割则是针对高切割效率要求的重要改进。针对晶体线锯切割技术所做的综述，有助于研究者了解前沿研究进展，把握晶体线锯切割的发展方向。
晶体切割 线锯切割 金刚石线锯 自由磨料 固结磨料 crystal cutting wire saw cutting diamond wire saw free abrasive consolidated abrasive
采用气相刻蚀制绒法研究金刚石线锯切割多晶硅片制绒.加热体积比1: 3、总体积400 mL的HF-HNO3酸混合溶液到90 ℃, 使酸混合溶液受热产生气相, 利用气相对金刚石线锯切割多晶硅片表面进行制绒.结果表明, 制绒15 min之后, 硅片表面的切割纹被完全去除;小腐蚀坑密布硅片表面, 尺寸小于1 μ m, 而传统湿法酸制绒所形成的腐蚀坑尺寸大于10 μ m.气相刻蚀后的金刚石线锯切割多晶硅片表面的微观粗糙度比传统酸混液制绒后的金刚石线锯切割多晶硅片表面的微观粗糙度高3倍多.气相制绒效果明显, 并仅有12.11%的低反射率.
多晶硅 气相刻蚀 金刚石线锯切割 切割纹 反射率 制绒 Multi-crystalline silicon Vapor etching Diamond wire saw Saw marks Reflectivity Texturization
采用气相制绒方法对金刚石切割多晶硅片进行表面制绒.2 g硅加到HF-HNO3-H2O (400 mL, 体积比为6: 3: 1) 的酸混合溶液中在室温下反应产生气相, 利用气相对金刚石切割多晶硅片表面进行制绒研究.制绒4 min时, 硅片表面的切割纹被完全去除、大坑套小坑的蜂窝状蚀坑密布硅片表面, 减反效果显著, 反射率低至19.51%.气相制绒后的金刚石切割多晶硅片表面的微观粗糙度比传统酸混合溶液制绒后的高约20%.
切割纹 反射率 气相制绒 多晶硅 金刚石线锯切割 Saw marks Reflectivity Vapor etching Multicrystalline silicon Diamond wire saw 光子学报
2014, 43(11): 1116006
为解决金刚石切割多晶硅片与常规HF-HNO3-H2O混合酸湿法制绒技术不兼容的问题, 对金刚石切割多晶硅片的表面特性和大幅度提高混合酸溶液中HF的比例进行了刻蚀制绒实验.结果表明, 金刚石线切割多晶硅片表面存在约33％的光滑条带区域, 其余为与砂浆切割硅片表面相近的粗糙崩坑区域；这些光滑区域使得金刚石切割多晶硅片表面光反射率比砂浆切割多晶硅片高3%~4％；而且光滑区域在富HNO3和富HF的HF-HNO3-H2O混合酸溶液中均较难于腐蚀, 使其刻蚀制绒后反射率比砂浆切割多晶硅片低1%~2％, 制绒后的金刚石切割多晶硅片反射率比制绒后的砂浆切割多晶硅片高4%~6%, 不能满足太阳电池生产要求.富HNO3和富HF两种酸刻蚀体系, 均不能解决金刚石切割多晶硅片的制绒问题.
多晶硅 金刚石线锯 酸刻蚀 制绒 反射率 Multicrystalline silicon wafer Diamond wire saw Acidic etching Texturization Reflectivity
