多線切割中切割線振動作用研究

1 引言

　　硅晶錠多線切割是半導(dǎo)體原料加工中應(yīng)用最廣泛的切割方法。這種切割方法的原理是由很細(xì)而且具有一定張力的金屬切割線攜帶砂漿(由切削液與研磨劑按一定比例配制)來對半導(dǎo)體進(jìn)行磨削加工。在工作中，砂漿的特性及作用會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，砂漿在切割線的狀態(tài)也會對切割質(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(qū)域后的運(yùn)動作用對切割晶片質(zhì)量產(chǎn)生的影響，特別是多線切割機(jī)應(yīng)用較細(xì)切割線時(shí)砂漿對切割效果的影響。通過使用高速相機(jī)記錄下砂漿在切割線上的粘著狀態(tài)及在切割中起到的作用，而且也描述出切割線在高速往復(fù)中會有一個(gè)低頻率的振動，這種振動提高了切割線在攜帶砂漿進(jìn)入切割區(qū)域的砂漿量。指出了這種振動效應(yīng)應(yīng)該被充分地重視，它會促使多線切割的工作效率得到提升。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

2.1砂漿量及砂漿作用

　　圖1顯示出切割線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(fù)運(yùn)動著的切割線上，當(dāng)攜帶著砂漿的切割線通過可吸收砂漿的海綿體時(shí)，海綿體可把切割線帶進(jìn)的砂漿全部吸收，這樣可以測出進(jìn)入工作區(qū)域的砂漿量。

  

2.2切割方法

　　圖3為是多線切割機(jī)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程中掉片而導(dǎo)致的切割斷線現(xiàn)象。砂漿被均勻地向下噴到高速往復(fù)的切割線上，由于切割線有微量的振動，會更方便地把砂漿帶入切割區(qū)域。多線切割機(jī)還有一個(gè)非常顯著的特征是切割線的振動頻率與切割線的往復(fù)速度是正比例關(guān)系。

3 在切割線沒在微量振動情況下的砂漿作用及切割特征

　　圖4顯示的是切割線對砂漿的攜帶量與切割線運(yùn)行速度之間的關(guān)系。在切割線運(yùn)行速度小于60 m／min時(shí)，切割線對砂漿的攜帶量隨運(yùn)行速度的提高呈線性的增長狀態(tài)，當(dāng)切割線運(yùn)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運(yùn)行速度等于20 m／min時(shí)，在觀察點(diǎn)處觀察到砂漿在切割線上形成一個(gè)小砂漿團(tuán)，而在圖5(b)中當(dāng)速度等于100 m／min時(shí)，在同一觀察點(diǎn)觀察到的卻是砂漿在切割線上形成了一個(gè)膜層，均勻地涂在切割線上。另一方面，在切割線下砂漿層被觀察到在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攜帶砂漿并按一定方向運(yùn)行提供的，因此，我們認(rèn)為被攜帶入加工區(qū)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(zhǔn)備用來增加進(jìn)入加工區(qū)域砂漿量的，而且這些噴口設(shè)在線上順著線運(yùn)行的方向。線上砂漿量的測算隨距離兩個(gè)砂漿噴口的長度而改變。圖片6顯示距離兩個(gè)噴口的長度和砂漿量的關(guān)系。通過使用兩個(gè)噴口使線上砂漿量增加。從圖中可以看，兩個(gè)噴口距離過長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(jù)改良后的供應(yīng)砂漿噴口切割效率顯示達(dá)到先前供給砂漿效率的1.2倍。

4切割振動中砂漿運(yùn)動和切割特點(diǎn)

 

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

 

　　振動線上的砂漿運(yùn)動由高速攝像機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)其明顯的切割效果。圖9顯示觀測的砂漿運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)條件是線運(yùn)行速度60 m／min；振幅1.0 mm，頻率60 Hz。當(dāng)非振動狀態(tài)，加工區(qū)域上被攜帶的砂漿懸掛在線下。但當(dāng)振動時(shí)攜帶的砂漿則圍繞線上下方向運(yùn)動。當(dāng)在線上的砂漿運(yùn)動時(shí)，工作區(qū)域上攜帶的砂漿將相較非振動狀態(tài)增加。

5 結(jié)論

　　通過研究砂漿運(yùn)動和切割效率明了如下幾點(diǎn)：

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