半导体材料窄锯缝切割技术的基础研究

This project focus on the semiconductor material wire saw with less cutting loss due to the shortcoming research on this area. Based on the existing wire vibration theory model, the wire vibration test platform will be established in this project to verify and correct the vibration theory model. The wire vibration characteristics and the process parameters influences on the wire vibration will be experimentally investigated. The vibration effects on the cutting kerf and cutting surface quality will be studied. According to the wire vibaration characteristics, diamond abrasive distribution model on the wire surface will be carried out to build a small amplitude wire vibaration.To make the strong comnination between the diamond abrasive, bonding material and wire substrate, the manufacturing technology of brazed wire will be studied. The key technology of low-temperauture brazing with fine grain abraisve will be solved with synthetically analysing the wire structural characteristics and application requirements. Combined with the abrasive distribution model, the new brazed wire with fine diameter will be produced. A semiconductor materials sawing technology with less cutting loss will be explored through a series of experiments with new brazed wire. The research of this project has theoretical and practical significance to improve the utilization of semiconductor materials and reduce production costs.

针对目前半导体材料窄锯缝切割加工技术研究的缺憾，拟从线锯切割中的振动问题入手，在现有线锯振动理论模型的基础上，搭建线锯振动测试平台，实验研究线锯的振动特征，分析工艺参数对振动的影响规律，验证并修正现有的振动理论模型，分析线锯振动对切割锯缝及切割表面质量的影响规律；根据线锯振动特征提出线锯表面金刚石磨粒的分布特征要求，从保证金刚石磨粒等量切割的角度构建小振幅的磨粒分布模型；解决细粒度磨粒低温钎焊的关键技术难点，在综合考虑线锯结构特点及使用要求的基础上，逆向反推钎焊金刚石线锯的制备工艺，在保证线锯所应有的机械性能基础上，实现金刚石磨料、结合剂及钢丝三者的牢固结合，结合磨粒分布模型，制备出磨料按需排布细直径钎焊金刚石线锯，并通过系列工艺实验研究，探索出可减少切割锯缝、提高切割表面质量的半导体材料窄锯缝切割加工技术。本项目的研究对提高半导体材料的利用率，降低生产成本有着理论和实际指导意义。

切割加工是目前半导体材料加工的第一道工序，其目的是把晶棒变成晶片，相对于其它工序而言，切割加工是浪费材料最为严重的一道工序。随着晶片的大直径化，使用固结线锯加工已经成为半导体材料切割的主流方法。减小线锯加工中的材料损失，提高线锯加工质量对半导体材料的加工以及推动半导体产业有着重要的意义。项目组依托国家自然科学基金“半导体材料窄锯缝切割技术的基础研究”，针对线锯切割加工中的共性和关键性科学问题进行了研究，在基础理论、产品研制等方面取得了如下成果：.从半导体材料加工全流程的角度，建立了晶棒线锯切割的材料损失评价模型，实验揭示了各不同因素对材料损失的影响程度；建立了单颗磨粒与工作的压、刻、划实验平台，揭示了微米尺度下半导体材料的脆性去除机理；建立了金刚石磨粒的磨损模型；从能量、切削力的角度阐述了线锯切割过程中的材料去除机理；自行开发了一套新型钎焊金刚石线锯的制备平台，提出了钎焊金刚石线锯的性能综合评价体系，成功制备出了可以满足加工要求的新型钎焊线锯，取得良好的加工效果，同时揭示了钎焊线锯线中磨粒的磨损机理。项目的研究成果为减小线锯加工材料损失，提高加工质量。推动钎焊线锯的应用提供了理论和实践依据。.项目研究成果获省级技术发明一等奖1项，培养国家百千万人才1人，硕/博士研究生10人，发表学术论文18篇，其中SCI检索8篇，EI检索论文2篇。授权国家发明专利3件。主办了全国型学术会议1场，邀请国内外专家讲学10余次，应邀参加学术及企业报告18场。