Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Технология и техника разрезания слитков и заготовок из хрупких неметаллических материалов. цель и задачи исследований 14
1.1. Место операции разрезания в современных технологических процессах изготовления изделий из хрупких неметаллических материалов 14
1.2. Технология и техника разрезания слитков и заготовок из хрупких неметаллических материалов на пластины 21
1.2.1. Многолезвийное разрезание 22
1.2.2. Разрезание бесконечной ленточной пилой 26
1.2.3. Разрезание абразивом с помощью проволоки 29
1.3. Разрезание слитков и заготовок из хрупких неметаллических материалов алмазными отрезными кругами с наружной режущей кромкой 32
1.4. Разрезание заготовок на пластины алмазными отрезными кругами с внутренней режущей кромкой 38
1.5. Способы повышения эффективности разрезания отрезными кругами АКВР 50
1.6. Выводы. Цель, задачи исследований 71
ГЛАВА 2. Теоретико-экспериментальное исследование процесса разрезания заготовок алмазными отрезными кругами 74
2,1. Математическая модель формирования параметров качества пластин на операции разрезания заготовок кругами АКВР 74
2.1.1. Формирование прогиба пластин 74
2.1.2. Математическая модель формирования нарушенного слоя на операции разрезания слитков кругами АКВР 75
2.2. Аналитическое решение задачи теплообмена при разрезании неметаллических заготовок отрезными кругами АКВР 87
2.3. Численное решение задачи теплообмена при разрезании неметаллических заготовок отрезными кругами АКВР 105
2.4. Численное моделирование тепловой напряженности
процесса разрезания с применением устройств активации 118
2.5. Выводы 126
ГЛАВА 3. Методика проведения экспериментальных исследований. научная аппаратура и оборудование 128
3.1. Показатели эффективности процесса разрезания 128
3.2. Контролируемые параметры. Методы и средства измерения 128
3.3. Условия проведения исследований и техника эксперимента .129
3.4. Метрологическая оценка показателей эффективности процесса разрезания 136
3.5. Планирование экспериментов, состав и количество опытов 138
ГЛАВА 4. Исследование технологической эффективности операции разрезания заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов. Опытно-промышленные испытания 143
4.1. Влияние состава и способа подачи СОТС на микро и макрогеометрию пластин и производительность разрезания заготовок кругами АКВР 143
4.2. Исследование влияния наложения УЗ-колебаниЙ на заготовку на качество отрезанных пластин и производительность операции разрезания кругами АКВР 154
4.3. Исследование влияния наложения УЗ-колебаниЙ на заготовку на производительность разрезания и качество отрезанных пластин при одновременной подаче аэрозоли перед
зоной резания 158
4.4. Опытно-промышленные испытания технологии разрезания заготовок из хрупких неметаллических материалов кругами АКВР с наложением УЗ-колебаний на заготовку и подачей в зону резания аэрозоли 160
4.5. Источники и методика расчета экономической эффективности 162
4.6. Выводы 166
Заключение 168
Библиографический список
- Технология и техника разрезания слитков и заготовок из хрупких неметаллических материалов на пластины
- Математическая модель формирования нарушенного слоя на операции разрезания слитков кругами АКВР
- Контролируемые параметры. Методы и средства измерения
- Исследование влияния наложения УЗ-колебаниЙ на заготовку на качество отрезанных пластин и производительность операции разрезания кругами АКВР
Введение к работе
Стремительное развитие полупроводниковой электроники, создание новых видов и классов приборов, резкое уменьшение размеров их активных областей заметно отразилось на росте требований к качеству изготовления полупроводниковых подложек, что привело к повышению уровня развития техники и технологической оснащенности операций обработки заготовок из полупроводниковых материалов по сравнению с обработкой заготовок из других неметаллических материалов. В связи с этим анализ технологии обработки заготовок из полупроводниковых материалов дает наиболее полное представление о процессах обработки заготовок из хрупких неметаллических материалов.
Операция разрезания заготовок из хрупких неметаллических материалов на пластины, являясь основной заготовительной операцией, в ходе выполнения которой происходит формообразование пластин, не может обеспечить требуемого их качества. В силу технологической наследственности дефекты микро- и макрогеометрии пластин переносятся с заготовительной операции (разрезания) на отделочные (алмазное и химико-механическое полирование). Поэтому важно уже на операции разрезания получить пластины с наименьшими дефектами.
Уменьшение размеров элементов современных интегральных схем позволяет увеличить плотность упаковки приборов на полупроводниковой пластине, что приводит к ужесточению требований не только к качеству поверхностного слоя (толщине нарушенного слоя и шероховатости поверхности), но и к геометрическим и электрофизическим параметрам полупроводниковой пластины (толщине, клину, прогибу). Исследования также показывают, что толщина наращиваемых эпитаксиальных пленок зависит от величины и формы прогиба пластины, поэтому выход годных кристаллов зависит от геометрических параметров полупроводниковых пластин. Обеспечение минимального прогиба пластины после разрезания - основное условие для качественного проведения литографического процесса на готовых подложках.
Наблюдающаяся в последние годы тенденция к увеличению диаметров подложек и плотности размещения на них элементов топологии в свою очередь приводит к ужесточению требований к геометрической форме и качеству поверхностей пластин. Следователь-
но, проблема получения на операции разрезания совершенных пластин становится еще более актуальной.
Существенно улучшить характеристики отрезанных пластин можно путем рационального применения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), роль которых, как обязательного элемента технологического обеспечения операции разрезания, об-щепризнана. Между тем, несмотря на то, что применение тонкораспыленных жидкостей на операциях механической обработки показало в свое время значительную технологическую эффективность, возможность и эффективность применения на операции разрезания заготовок из хрупких неметаллических материалов в качестве СОТС аэрозоли не исследованы. Не выявлена также эффективность ультразвуковой активации при разрезании. В связи с этим необходимы исследования, направленные на разработку различных способов УЗ-ой активации элементов технологической системы (ТС) при разрезании и выявление их технологической эффективности.
В настоящей диссертационной работе представлен комплекс теоретико-экспериментальных исследований влияния наложения УЗ-колебаний на элементы ТС и использования в качестве СОТС аэрозоли на качество пластин из неметаллических материалов и производительность операции разрезания заготовок (слитков) из этих материалов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Результаты теоретико-экспериментальных исследований:
влияния тепловой напряженности процесса разрезания на формирование макро- и микропрофиля пластин из хрупких неметаллических материалов; влияния различных способов подачи аэрозоли в зону резания на тепловую напряженность процесса разрезания, толщину нарушенного слоя, шероховатость и прогиб отрезанных пластин; формирования нарушенного слоя, микро- и макрогеометрии пластин в ходе разрезания заготовок (слитков) с наложением интенсифицирующих УЗ-колебаний.
2. Результаты экспериментальных исследований влияния на
качество пластин и производительность разрезания
способа подачи аэрозоли в зону обработки и ее расхода;
наложения УЗ-колебаний на заготовку в процессе разрезания;
наложения УЗ-колебаний на заготовку в процессе разрезания и одновременной подачи аэрозоли в зону обработки.
3. Результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения
разработок в промышленность.
Технология и техника разрезания слитков и заготовок из хрупких неметаллических материалов на пластины
Принципиальным отличием многолезвийного разрезания от других видов разрезания является то, что инструмент совершает возвратно-поступательное колебательное движение. Это не позволяет выполнять процесс разрезания со скоростями, оптимальными для обработки полупроводников, так как максимальная скорость, обеспечиваемая многолезвийным инструментом, приблизительно 1 м/с. К тому же вектор скорости резания меняет свое направление на 180, а величина скорости изменяется от нуля до максимума, что в большой степени отражается на качестве обработанных деталей. Персменнос колебательное движение рамы с закрепленным инструментом является источником сильных колебаний всего станка, особенно в случае резки слитков больших размеров при большом количестве лезвий.
Ограничивает использование данного способа на операции разрезания полупроводниковых материалов и то, что очень сложно задать одинаковые напряжения во всех лезвиях, а это является необходимым условием обеспечения требуемого качества обработки. Кроме того, практически невозможно достичь одинаковой точности установки лезвий на заданную толщину отрезаемых пластин, так как сложно сформировать алмазоносные слои на всех лезвиях, одинаковые по толщине и расположению по отношению к центральной плоскости корпуса ленты. Все это ведет к увеличению разброса по толщине отрезанных пластин и ухудшает качество обработки. К тому же преждевременная потеря работоспособности одного из лезвий ведет к снижению производительности и уменьшению выхода годных пластин.
Качество реза может снижаться также из-за ослабления натяжения отдельных лезвий при обработке слитка или заготовки переменного (неравномерного) сечения. Стойкость лезвий при разрезании полупроводниковых материалов сравнительно небольшая — (40 — 60) ч. Основная причина их низкой стойкости - малая скорость резания.
Указанные недостатки ограничивают применение этого способа при обработке кремния, хотя при обработке оптического стекла, кварца, феррита распиловка лезвиями может обеспечивать хорошие результаты.
Разделение слитков штрипсами отличается от разрезания алмазными кругами не только кинематикой движения, но и механизмом резания [50, 1II]. Если при разрезании кругом обрабатываемый материал срезается алмазным микрорезцом, то разделение штрипсами с добавлением абразивной суспензии основывается на движении качения абразивных частиц в зазоре между заготовкой и инструментом. Это движение возникает из-за перемещения инструмента относительно обрабатываемой поверхности и поддерживается с помощью «связующей» жидкости, формирующей поле линейных скоростей. Следствием этого является вращение абразивных зерен, даже если они не находятся в контакте с поверхностью инструмента и (или) обрабатываемой поверхностью. В результате движения качения кромки зерен, имеющих неправильную форму, внедряются в обрабатываемый материал с очень высокой скоростью. Например, абразивная суспензия с концентрацией зерен С = 1000 мм" при скорости резания V = 500 мм/с и 30 %-ном коэффициенте участия зерен создает 1,5 млн. ударов зерен в секунду на квадратный миллиметр обрабатываемой поверхности [50, 111].
В случае разрезания заготовок из более упругих материалов, например стали, эти соударения приводят к большой пластической деформации поверхностного слоя заготовки, в результате чего возникает наклеп. При продолжающихся ударах в некоторых местах превышается предел текучести материала и мелкие частицы отделяются от обрабатываемой поверхности и удаляются из рабочей зоны сож.
Как отмечалось ранее, разделение штрипсами и кругами АКВР отличаются друг от друга скоростями резания, причем в случае многолезвийного разрезания они на порядок меньше, чем при разрезании кругами. Поэтому температура в зоне резания при разрезании штрипсами низка, что положительно сказывается на качестве поверхности отрезаемой пластины.
Разработка новых конструкций механизмов натяжения полотен, привода и их крепления вызвала в последнее время повышенный интерес за рубежом к многолезвийному разрезанию [111]. Так фирма «Varian» предлагает станок модели 7176 для разрезания различными пилами фирмы «Sanwa Diamond» толщиной (0,1 - 0?2) мм, натянутыми на раму. Ленты собирают в пакет и выверяют индикатором с точностью 2,5 мкм. В зону резания подают суспензию абразива в масле. Ленточные пилы делают до 100 ходов в 1 мин. на расстояние от 115 до 203 мм. Поверхность пластин получается шлифованной с погрешностью по ориентации не более 1. На станке можно резать монокристаллы диаметром до 203 мм.
Многолезвийный станок модели QS-1 швейцарской фирмы «Meyer und Burger», построенный по такой же схеме, имеет стальные полотна размером (6 х 0,2 х 410) мм, но предназначен для разрезания кристаллов диаметром менее 45 мм. В состав суспензии входят 10 дм3 .масла для полирования типа «Optimol VP», 33,9 кг абразива на основе карбида кремния и 0,1 дм3 кремниевой кислоты для стабилизации суспензии.
В 1995 г. в Бременском университете (Германия) разработан эффективный метод разрезания хрупких материалов на топкие пластины [222], схема которого представлена на рис. 5. Рабочие поверхности инструмента покрыты слоем алмазного порошка. Особенностью этого метода разрезания является точечный контакт между инструментом и заготовкой. Метод успешно применяется при разрезании моно- и поликристаллического кремния диаметром (125 — 300) мм, а также природного камня (гранита, мрамора и др.) на пластины толщиной до 0,25 мм с производительностью 20 шт. в час.
А.Куроматсу (Япония) для повышения производительности и точности разрезания хрупких диэлектрических материалов разработал комбинированный способ разрезания [194]. Сущность его заключается в том, что между полотнами, покрытыми токопроводя-щим абразивным слоем? и заготовкой подается то к о про водящая рабочая жидкость и прикладывается напряжение
Математическая модель формирования нарушенного слоя на операции разрезания слитков кругами АКВР
Для определения прогиба отрезанных пластин на операции разрезания кругами АКВР воспользуемся зависимостью, связывающей прогиб Гс разностью толщин нарушешіьгх слоев на обеих сторонах пластины ДЬр [54, 56, 59, 60]: где \х - коэффициент Пуассона; а0 - напряжения нарушенного слоя, МПа; Е - модуль упругости, МПа; Кз - радиус разрезаемой заготовки, м; Ьз - толщина отрезаемой пластины, м.
Степень и глубина разрушений, а значит и напряжения в поверхностных слоях на противоположных сторонах пластины неодинаковы. Из [56, 60, 179] известно, что ДЬР приводит к возникновению на стороне пластины с более глубоким нарушенным слоем растягивающих напряжений, тогда как противоположная (менее «разрушенная») испытывает напряжения сжатия. Тем самым, прогиб характеризуется степенью релаксации остаточных напряжений в пластине после ее механической обработки.
По нашему мнению, различие толщин нарушенных слоев на сторонах пластин обусловлено различными условиями теплового взаимодействия круга с заготовкой (массивной) и отрезаемой пластиной (часто очень тонкой). В первом случае теплота быстро отводится в тело заготовки, во втором - аккумулируется в пластине. Это приводит к нагреву отрезаемой пластины, возникновению температурных напряжений в поверхностном слое, приводящих к увеличению толщины нарушенного слоя. Чем больший градиент температур формируется и поверхностном слое, тела выше
При воздействии единичного абразивного зерна на хрупкий материал образуется царапина глубиной 1ц и нарушенный слой по бокам h6oK и под Ьрад царапиной (рис. 27). Для определения толщины нарушенного слоя на операциях разрезания воспользуемся полученными в работах [21, 48, 107, 108, 112, 113] зависимостями.
Радиальные трещины образуются непосредственно при внедрении абразивного зерна в поверхность хрупкого тела, в то время как боковые трещины появляются и развиваются при снятии нагрузки» Е.Н. Морозов и М.В. Зернин [108] получили зависимости связывающие величины 1ц, h ,., hpazi с силой Р, приложенной к абразивному зерну.
После того, как получили hHC, необходимо проверить, соблюдается ли неравенство Р Рс (при Ьеэ- hHC). Если неравенство не выполняется, то нужно повторять заново расчет hHC до тех пор, пока это неравенство будет выполнено.
Шероховатость поверхности после операции разрезания приближенно можно оценить по зависимости (24), приравняв 1ц Rz.
В случае наложения на заготовку интенсифицирующих УЗ-колебаний происходит дополнительное ударное взаимодействие абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью заготовки. Это в свою очередь облегчает процесс выкалывания отдельных частиц материала заготовки и удаления их из зоны обработки [97, 139, 149]. В зависимости от величины амплитуды Ау УЗ-колебапий возможны различные варианты формирования нарушенного слоя на поверхности отрезанных пластин.
Первый вариант — УЗ-колебания с относительно малыми значениями амплитуды приводят к снижению как шероховатости поверхности, так и к уменьшению толщины нарушенного слоя пластин по сравнению с обработкой без использования энергии УЗ-колебаний (рис. 32, а). Качество поверхности отрезанных пластин улучшается за счет скалывания гребешков микронеровностей многократными ударами абразивных зерен, движущихся с ультразвуковой частотой (рис, 32, б).
Второй вариант — увеличение Ау приводит как к выкрашиванию гребешков микронеровностей, так и к удалению некоторой части нарушенного слоя за счет внедрения алмазных зерен в обрабатываемую заготовку. Высота образующихся при этом дефектов hp2 не превышает Ьр (рис. 32, в).
Третий вариант - увеличение амплитуды колебаний заготовки сверх оптимальной способствует развитию трещин и формированию нарушенного слоя Ьрз, толщина которого превышает hp, что приво Задачу определения сил, возникающих при наложении УЗ-колебаний на заготовку, в зависимости от амплитуды колебаний решали с помощью программного комплекса ANSYS 8,0, задаваясь реальными размерами и физико-механическими свойствами заготовки и приспособления.
На рис. 33 показан пример изгиба слитка под действием гармонических колебаний силы PV3K = 10 Н. При этом расчетная амплитуда колебаний заготовки Ау составляла 6,12 мкм.
Таким обраадм.. полученная математическая модель (25), (27) позволяет расетига гоящшгу нарушенного слоя при царапшжи еяииишадм абразивным зерном, оценить увеличение длины залегания трещин прм переходе к р&еемотренжо процесса формирования нарушенного споя от ірупіш абр&зшшых зерен за счет вояиикающей жш страгивания Р (42), ачакже іііввазшет щмжнтнрт&тъ дополнительное увеличение ЇОЛЩННМ нарушенною слоя от возникающих в зоне резания температурных напряжений. Снизив тепловую напряженность в зоне резшш та счет рационального использования СОТС\ можно значительно снизить тешіератур-UUQ напряжения в поверхностном: сдое шшетдам, а швдовдтаішот еви-жть mm даже увеличение ІШЕІЩНЬЇ нарушенного слоя, сформированного при рщрезанини
Учитывая рекомендации работ [74, 75], для удобства дальнейших расчётов дифференциальные уравнения теплопроводности для каждого из объектов системы «корпус алмазного отрезного круга - режущая кромка - заготовка» запишем в цилиндрической системе координат, связанной с соответствующим объектом, В отличие от работ [74, 75], в которых приняты неподвижные относительно зоны контакта системы координат, примем системы координат, вращающиеся вместе с рассматриваемым объектом (рис. 36) [68, 69, 71]. Это позволит при численном решении исключить жёсткое ограничение по устойчивости на шаг разностной сетки в окружном направлении и получить решение при меньших затратах машинного времени.
Контролируемые параметры. Методы и средства измерения
Эффективность процесса разрезания заготовок из неметаллических материалов алмазными отрезными кругами ЛКВР на пластины оценивали по следующим показателям: - скорость врезной подачи отрезного круга Vs, мм/мин; - среднее арифметическое отклонение профиля Ra, мкм; - высота неровностей профиля по десяти точкам Rz, мкм; - наибольшая высота неровностей профиля Rmax, мкм; -средний шаг неровностей профиля Sm, мкм; - средний шаг неровностей профиля по вершинам S; мкм; т - толщина нарушенного слоя пр, мкм; - прогиб пластины мкм; " - отклонение от параллельности Дп сторон пластины, мкм. "
Контролируемые параметры. Методы и средства измерения
В ходе проведения экспериментов контролировали следующие параметры: - окружная скорость отрезного круга VK, м/с; - скорость подачи Vs, мм/мин; - шероховатость поверхности отрезанных пластин по параметрам Ra, Rz? Rmax, мкм; - средний шаг неровностей профиля Sm, мкм; - средний шаг неровностей профиля по вершинам S, мкм; - толщина нарушенного слоя hp, мкм; - прогиб f, мкм; - отклонение от параллельности Дп, мкм.
Контроль элементов режима разрезания - окружной скорости отрезного круга VK и скорости подачи Vs - производили по стрелочным индикаторам на панели управления станка и с помощью универсальных средств - тахометра, секундомера типа «Агат».
Высотные параметры шероховатости поверхностей отрезанных пластин Ra, Rz, Rmax, шаговые параметры Sm и S измеряли на про-филомстре мод, 170622 завода "Калибр", тип II, степень точности 2 по ГОСТ 19300-86.
Прогиб f и отклонение от параллельности сторон пластины Дп измеряли при помощи многооборотного индикатора 1МИГ (ГОСТ 9696-82) с ценой деления 0,001 мм. Прогиб пластин f определяли как разность между значениями измерений в центре пластины на противоположных ее сторонах. Отклонение от параллельности Дп представляет собой наибольшую разность значений измерений в диаметрально расположенных точках пластины. Исследования процесса разрезания проводили на экспериментальной установке, смонтированной на базе отрезного станка «Алмаз - 6М» и предназначенной для разрезания заготовок из полупровод никовых монокристаллов кругами АКВР.
Отрезкой станок «Алмаз - 6М» позволяет в полуавтоматическом режиме разрезать слитки диаметром до 100 мм на пластины путем перемещения круга АКВР на неподвижную заготовку с окружной скоростью Vk = (12 - 22) м/с и скоростью врезной подачи Vs = (20 - 60) мм/мин.
Установка снабжена устройствами для правки отрезных кругов, станциями для подачи и очистки СОЖ, устройствами распыления жидкостей и подачи аэрозоли в зону резания и устройством для наложения УЗ-колебаний на заготовку.
Заготовки из монокристаллического кремния 076 марки ЭКЭС-0,01-1 ІбКі ГОСТ 19658-81 разрезали на пластины алмазными отрезными кругами АКВР типоразмера 422x152x0,32 мм характеристики ЛС6 50/40, выбранной согласно рекомендациям ГОСТ 26004-83 [42]. Использовали круги одной характеристики и из одной партии. Для контроля натяжения ЛКВР применяли устройство конструкции УлГТУ [85]. В качестве правящего инструмента использовали шлифовальные бруски характеристики 24А(25А) 6-8 ПС1-СТ19К размерами 16x16x150 мм.
При традиционном разрезании кремниевых заготовок на пластины скорость врезной подачи Vs составляет (20 - 40) мм/мин (см. параграф 1.4.)- Однако, как показали результаты численного моделирования процесса разрезания с наложением УЗ-колебаниЙ на заготовку и подачей в зону резания аэрозоли, скорость врезной подачи можно увеличить до 60 мм/мин без ухудшения качества поверхности отрезанных пластин. Поэтому при проведении экспериментальных исследований разрезания полупроводниковых слитков скорость врезной подачи круга АКВР Vs изменяли в интервале (20 - 60) мм/мин (уровень варьирования 10 мм/мин).
Правили ЛКВР, согласно рекомендациям [85]; путем отрезания 2-3 пластин от шлифовального бруска 24А (25А) 6-8 ПС1-СТ1 9К 16x16x150 мм.
При разрезании заготовок кругами АКВР в качестве СОТС использовали 1,5 %-ную полусиптетическую СОЖ Аквол-11 [50,87,88] и аэрозоль для проверки результатов численного моделирования процесса разрезания с подачей аэрозоли перед зоной резания.
Для получения аэрозоли использовали модернизированную установку для распыления жидкостей УРС-75 [73] (рис. 56), Через специальную горловину с сеткой-фильтром, установленную на крышке-смесителе 2, СОЖ заливали в корпус-резервуар 1- Сжатый воздух подводили в установку через штуцер 4. Проходя в камеру смесителя, он перемешивался с потоком жидкости и, унося мельчайшие частицы, выходил через штуцер 6 в зону резания. Расход СОЖ регулировали изменением сечения обводного воздушного канала регулятором 5. При этом сечение каналов для жидкости в установке оставалось постоянным.
Сжатый воздух в установку подавали от компрессора СО-7А через узел подготовки, состоящий из стандартного вл аго отделителя, регулятора давления с манометром и электроклапана. Схема подключения установки приведена на рис. 57. Электроклапан обеспечивал запуск установки в момент начала процесса резания, для чего он был включен в цепь привода подачи отрезного станка. Установка позволяла распылять жидкости с расходом (0 - 500) г/ч, при этом размер частиц колебался от 15 до 100 мкм (в зависимости от расхода жидкости).
Исследование влияния наложения УЗ-колебаниЙ на заготовку на качество отрезанных пластин и производительность операции разрезания кругами АКВР
Более эффективной оказалась подача струи аэрозоли на режущую кромку параллельно оси отрезного круга вне зоны резания (с помощью устройства 3 на рис» 58, II вариант; по схеме III в табл. 15), что подтверждает результаты численного моделирования тепловой напряженности процесса разрезания, приведенные в параграфе 2,4 (см. рис. 47). При этом увеличивается площадь поверхности, смачиваемой жидкостью, что интенсифицирует охлаждение и очистку режущей кромки. Шероховатость поверхности пластин, отрезанных по этой схеме, была по параметру Ra в 1,5 раза меньше, чем в предыдущем случае. Расположение сопла для подачи аэрозоли непосредственно после зоны резания (через устройство 4 на рис. 58, II вариант; по схеме IV в табл. 15) еще более интенсифицирует отвод тепла и очистку мсжзсренного пространства рабочей поверхности круга от отходов разрезания: шероховатость поверхности отрезанных пластин составила Ra = 0,45 мкм. Однако при транспортировке режущей кромкой СОЖ в зону разрезания большая часть ее отбрасывается к периферии круга. В результате в зону резания поступает недостаточно жидкости, что, в свою очередь, приводит к разогреву отрезаемой пластины в зоне контакта алмазных зерен с материалом заготовки и ухудшению качества пластин.
Подача струи аэрозоли на режущую кромку перед зоной резания (с помощью устройства 5 на рис. 58 II вариант; по схеме V в табл. 15) позволяет снизить шероховатость поверхности пластин по параметру Ra в зависимости от расхода жидкости в аэрозоли до 0,36 мкм, что соответствует значениям Ra пластин, отрезанных традиционным способом (рис. 62). Однако существенным недостатком этой схемы является загрязнение шламом корпуса отрезного круга и зазора между кругом и отрезаемой заготовкой.
Рис. 62. Зависимость шероховатости поверхности отрезанных пластин по параметру Ra от способа подачи аэрозоли: 1 - подача СОЖ поливом до и после зоны резания (базовый вариант); 2, 3 - подача аэрозоли вне зоны резания на режущую кромку соответственно по радиусу и по оси отрезного круга; 4, 5 - подача аэрозоли на режущую кромку по оси круга соответственно после и перед зоной резания
Расход жидкости в аэрозоли также оказывает существенное влияние на качество отрезанных пластин. При разрезании с подачей сжатого воздуха перед зоной резания, т. е. с нулевым расходом СОЖ (через устройство 5 на рис. 58, II вариант по V схеме табл. і 5) среднее арифметическое отклонение профиля поверхности пластин Ra составило 0,84 мкм. При этом наблюдались следы резания, сколы и вырывы различной величины, подобные наблюдаемым при разрезании с подачей аэрозоли вне зоны резания, часто пластины ломались до завершения процесса разрезания (рис. 63). Основной причиной появления таких дефектов является плохой отвод тепла. Исследование режущей кромки после разрезания под инструментальным микроскопом выявило отсутствие алмазных зерен и оголение металла на рабочей части режущей кромки (рис. 64), Это свидетельствует о высокой температуре в зоне резания в процессе разрезания, способствующей резкому снижению стойкости отрезного круга и быстрому его отказу (после отрезания от слитка 3 — 5 пластин).
Таким образом, применение на операции разрезания полупроводниковых слитков кругами АКВР в качестве СОТС сжатого воз духа негативно влияет на качество отрезаемых пластин и состояние режущей кромки отрезного круга (по сравнению с традиционным разрезанием с подачей СОЖ).
При разрезании с расходом жидкости в аэрозоли до 0,2 дм /ч качество поверхностей пластин несколько улучшилось (см. рис. 65, г). Однако из-за недостаточно эффективной очистки и охлаждения режущей кромки на пластине появились полосы от воздействия шлама, чередующиеся со следами резания. Параметр шероховатости Ra составил 0,68 мкм.
Дальнейшее увеличение расхода жидкости в аэрозоли до (0,4 — 0,6) дм /ч привело к улучшению качества поверхности пластин, параметр шероховатости Ra составил (0,36 - 0,68) мкм, в верхней части пластины появлялась область с пониженной шероховатостью
— Ra = (0?18 - 0,27) мкм (рис. 65, б, в). Последнее объясняется тем, что в процессе обработки в месте входа режущей кромки в зону резания образовывался нарост из шлама, По мере прорезания частицы шлама увлекались корпусом отрезного круга и5 попадая в зазор между слитком и отрезаемой пластиной, «подшлифовывали» последнюю.
При разрезании с подачей аэрозоли с расходом жидкости 0,8 дм3/ч пластины имели однородную шероховатость поверхности (Ra = 0,4 мкм, рис» 65, а). Увеличение расхода жидкости улучшило очистку не только режущей кромки, но и корпуса отрезного круга, что снизило общую загрязненность зоны резания и исключило «под-шлифовку» верхней части пластины.
Таким образом, применение в качестве СОТС аэрозоли позволяет получить заготовки, соответствующие по параметру Ra пластинам, отрезанным по базовому варианту (с подачей СОЖ).
Основным недостатком разрезания заготовок с подачей аэрозоли перед зоной резания является то, что удаление шлама происходит непосредственно вблизи зоны резания- Далее «мокрый» шлам попадает в барабан станка, накапливался на его стенках и перегородках. По истечении одного - двух часов скопившийся, спрессованный под действием центробежных сил шлам, начинает вносить дисбаланс, увеличивая вибрацию вращающегося барабана. Это в свою очередь ухудшает качество отрезанных пластин вплоть до их поломки в процессе разрезания» Избавиться от этого недостатка можно, дополнительно очищая режущую кромку круга после зоны резания путем подачи СОЖ поливом через стандартное сопло с расходом (0,5 - 1,0) дм /мин. В этом случае также наблюдается зависи
