半导体晶体材料放电切割特性及弯丝控制技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lansekafei4271
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半导体材料由于脆性高,断裂韧性低,采用传统方法加工比较困难。放电加工技术不依靠机械能,而是利用电能去除材料,因此可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的材料,但传统放电加工技术要求材料应具有良好的导电性,而半导体电阻率要比金属材料高出3~4个数量级,且其电特性十分特殊,电阻率高的半导体的放电加工具有一定的困难,因此,针对半导体材料放电加工特性进行了深入分析,为放电加工技术能够适应于半导体加工提供理论基础。弯丝过冲现象指在传统电火花线切割伺服系统下加工半导体晶体材料时,因加工参数使用不当,加工过程中电极丝出现弯曲现象,使得电极丝与工件接触,但是仍然具有放电火花现象。当继续加工时,工件的切割轨迹将发生改变,不利于加工。本文从半导体材料放电线切割加工过程中电极丝的弯丝控制角度出发,提出了半导体放电切割弯丝检测调节控制系统,主要研究内容如下:(1)建立了金属与半导体的放电加工模型,从加工模型分析了金属与半导体的加工机理,分析了半导体放电加工的特殊性。根据半导体放电切割加工产生的极间放电波形,分析了半导体放电切割的放电加工状态,提出弯丝过冲状态。(2)分析了半导体放电切割三种加工状态下的电极丝空间位置的特点,提出以测量加工过程中电极丝空间位置变化为基础的弯丝过冲检测方法,设计了检测系统;分析了控制系统主要模块信号的处理情况,包括检测信号的处理,干扰信号的处理以及中断信号的处理。分析了影响弯丝过冲检测调节系统的相关因素,并提出相应的措施,最后探讨了弯丝过冲检测调节控制系统的应用。(3)研究了电参数及复合工作液浓度、工件厚度等非电参数对晶体硅放电切割的切割速度的影响规律。比较了机床原控制系统与弯丝调节控制系统对切割速度及工件表面质量的影响。试验表明了使用弯丝调节控制系统能够有效控制单晶硅放电切割过程中出现的弯丝过冲状态,调节进给速度,提高切割速度,保证半导体工件表面质量。
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