【摘 要】
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随着科技领域对半导体应用需求的提高,科研人员对半导体材料的加工提出了越来越高的要求。电火花加工技术因其没有宏观加工力的特点非常适合硬脆半导体材料的加工。经过科研人
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随着科技领域对半导体应用需求的提高,科研人员对半导体材料的加工提出了越来越高的要求。电火花加工技术因其没有宏观加工力的特点非常适合硬脆半导体材料的加工。经过科研人员多年努力,对于半导体电火花加工的机理、特性和工艺等已经有了一定的了解,形成了一套相对完整的理论体系和工艺参数库,已经能够对一定电阻率范围内的半导体进行加工,但目前半导体电火花加工中存在的最大技术难题之一就是加工中的自动伺服控制。现有基于金属电火花加工的伺服控制系统在进行半导体材料加工时存在着很大的局限性,在加工中无法准确判断空载、正常加工和短路状态,导致无法对进给速度进行伺服控制。本文通过对半导体电火花线切割加工的电流、电压特性的研究,提出了一种全新的基于电流脉冲概率检测的半导体电火花线切割伺服控制策略,开发了专用伺服控制系统,并进行了相应的系统参数和工艺参数实验研究,最终实现了半导体材料高效、精密和稳定切割。具体工作如下:(1)研究了半导体电火花线切割加工中的电流电压特性,并据此分析了现有电火花伺服系统在半导体电火花切割加工中失效的原因。分析了半导体电火花线切割加工中特有的爬坡式电流现象,对其产生的原因和影响进行了分析,研究了电参数对爬坡电流特性的影响;分析了电火花线切割加工中半导体材料表面小孔现象产生的机理,对其对加工中传热过程的影响进行了分析。(2)根据空载、正常加工和短路状态下电流电压特性的差异,提出了两种可行的伺服控制方法,即击穿延时控制法和电流脉冲概率控制法。通过对两种方法优缺点的比较,确定了以电流脉冲概率作为伺服控制的依据。(3)研究了半导体电火花线切割加工中电流脉冲概率与进给速度间的关系,并以此作为伺服控制依据,开发了半导体电火花线切割加工专用伺服控制系统,对相关系统参数进行了实验研究和优化,为系统参数的选择提供了依据。(4)研究了半导体电火花线切割加工中的微接触式放电现象,对其产生的原因进行了分析和讨论;对微接触状态下的切割效率进行了研究,对切割效率较正常加工大大提高的机理进行了分析。(5)进行了变厚度、微小、复杂切割件的加工,对系统性能进行了验证,最终实现了半导体电火花高效、精密和稳定加工。
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