近年来我国芯片制造行业在快速的发展,而芯片的制造离不开晶片的制备,金刚石线锯切割技术是半导体芯片加工的第一道工序,显得尤为重要。金刚石线锯切割具有切缝小、切割效率高、表面质量高等诸多优点,但是现有的切片技术已经不能满足行业对晶片的更高质量和更高精度要求,因此有学者提出复合工艺横向超声振动辅助金刚石线锯切割技术。目前的研究表明,横向超声振动辅助线锯切割有助于减小锯切力和提高表面质量,但是对于横向超声振动辅助线锯切割亚表面损伤机理和预测模型都缺乏深入的研究。因此,本文以硬脆材料单晶硅作为研究对象,通过横向超声振动辅助金刚石线锯切割技术,从理论、仿真和试验的角度对亚表面损伤进行分析研究。本文的主要研究内容如下:首先研究横向超声振动辅助金刚石线锯切割技术的加工机理,以单颗磨粒作为研究对象,分析磨粒在超声振动下动力学特性,建立了磨粒运动方程。在超声振动一个周期内,分析了磨粒工作角度随轨迹的变化趋势,提出用来定量表征超声振动效应强弱的无量纲常数。其次基于压痕断裂力学,建立了横向超声振动辅助金刚石线锯切割单晶硅亚表面损伤深度和工艺参数之间的数学模型,该模型中综合考虑了中位裂纹、横向裂纹以及磨粒的位置角对亚表面损伤深度的影响。基于ABAQUS Brittle Cracking脆性本构,建立了单颗磨粒切削仿真模型,研究了磨粒速度、磨粒半锥角、压入深度和超声振动对亚表面损伤深度的影响。接着根据线锯实际加工情况,分析了线锯上磨粒的分布规律,建立了符合实际的线锯三维模型,完成了多颗磨粒线锯切割的仿真模型,对仿真结果的表面轮廓进行了分析。基于断裂力学和弹性力学理论,在普通磨粒的压痕应力场基础上,分析了超声振动下磨粒的应力场,考虑了法向载荷、切向载荷以及塑性核对应力场的影响。其次考虑单晶硅的空洞和裂纹缺陷,分析了由缺陷导致的应力集中效应。最后通过仿真模型验证了空洞、内部微裂纹、表面微裂、缺陷深度及缺陷之间的相互作用对亚表面裂纹扩展的影响。在往复式金刚石线锯切割机床上进行了横向超声振动辅助金刚石切割和普通金刚石线锯切割单晶硅亚表面损伤试验,通过界面粘接法检测了亚表面损伤深度。试验结果表明,超声振动辅助线锯切割有助于减小亚表面损伤深度,相对于普通线锯切割平均减小18.95%。理论和试验结果误差较小,验证了模型的有效性。施加超声振动后,硅片的表面粗糙度值相比于普通线锯切割也减小了,表面凹坑数量更少、凹坑深度更浅,改善了表面质量。