单晶硅棒高效精密切片加工新技术的基础研究

单晶硅棒的切片工序是把单晶硅棒变成硅片的一个重要工序，单晶硅棒的切片质量对后续加工具有非常大的指导作用，直接影响后续工序的工作量和加工成本。课题选用合适的超细合金粉末钎料和耐高温线丝基体，制备小直径钎焊金刚石固结磨料线锯，结合对线锯的后续热处理，提高金刚石/钎料层、钎料层/线丝基体之间的焊接强度，改善钎焊后线锯基体的综合机械性能，使其满足单晶硅棒的切割加工要求。进行单晶硅棒的切割试验，观察金刚石磨粒的脱落情况及磨损形态，测量切割过程中的锯切力，建立钎焊金刚石线锯的振动模型，探讨锯丝速度及恒进给压力同锯丝振动之间的关系。推导计算单颗金刚石磨粒的受力，建立多磨粒的有限元仿真模型，在此基础上建立钎焊金刚石线锯切割单晶硅片的损伤层厚度预测模型。课题旨在利用合适的钎焊工艺制备小直径钎焊金刚石固结磨料线锯，揭示钎焊金刚石线锯切割单晶硅片的加工机理，实现单晶硅棒的高效精密切片加工。

单晶硅棒的切片加工技术是太阳能硅片加工技术的一个重要环节，切片质量的好坏直接决定了硅片后续的加工效率和加工成本。课题在传统钎焊单层金刚石工具的基础上，制备钎焊金刚石固结磨料线锯，围绕线锯的制备工艺及线锯切割性能展开研究，实现单晶硅棒的高效精密切割加工。线锯的制备工艺研究主要包括线锯基体、钎料、钎焊温度、加热及冷却路线、加热时间等的相互匹配研究，以及制备线锯的性能测试，通过研究，初步建立了一套小直径钎焊金刚石线锯的制备工艺，制备的线锯能够进行单晶硅棒的实际切割加工。综合考虑系统振动、线锯自身强度、切割设备等因素，初步确定了线锯速度和工件进给速度的参数范围，并首次利用钎焊金刚石线锯单晶硅棒进行实际切割加工，分析了各切割参数与切割力和工件表面粗糙度之间的影响机制，建立了切割力的经验公式；开展了钎焊金刚石线锯的磨损失效形式研究，结果表明钎焊金刚石线锯的磨粒及钎料层磨损与传统钎焊金刚石线锯类似，线锯的失效模式主要为线锯的断裂，并对线锯基体断裂的原因进行了分析，首次指出线锯断裂的诱因为线锯表面和内部的微裂纹；开展了钎焊金刚石线锯切割单晶硅时的材料去除机理研究，建立了材料塑性去除条件，研究结果表明，在选定的参数范围内，材料的去除以脆性去除为主，在特定的参数下，存在塑性去除。