机械工程学报

作者：王艳, 何顺, 陈奕璋, 姜晨, 钱兆峰, 陈浩毅

单位：上海理工大学机械工程学院 上海 200093

关键词：金刚石线锯,超声空化,SPH-FEM耦合方法,水锤压力；

基金：上海市自然科学基金面上资助项目(23ZR1444700)。

金刚石线锯切割单晶硅片作为半导体制造技术中的关键一步，切片质量直接影响着芯片制造的质量和成本。提出了一种超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅片的方法，利用空化气泡溃灭产生的微射流和水锤压力，达到加速切屑的排出，减小锯切力，改善线锯的锯切性能，降低工件表面粗糙度的目的。基于Rayleigh方程，推导了加工区的气泡动力学方程。采用SPH-FEM耦合方法，使用ABAQUS软件建立了近壁面微射流冲击的三维流固耦合模型并进行仿真分析。微射流产生水锤压力峰值的仿真数值与理论数值最大误差为9.67%，验证了理论结果及仿真模型的可靠性。进行了超声空化辅助金刚石线锯切割单晶硅试验。结果表明：超声空化辅助线锯锯切力比传统线锯锯切力降低11.9%～34.5%，超声空化辅助线锯切割加工后的工件表面粗糙度值下降5.03%～37.25%，工件表面的凹坑数量和大小均降低，表面形貌得到很大改善，表明超声空化辅助线锯切割单晶硅可以获得更好的加工质量。

来源：2024年第9期

《机械工程学报》期刊编辑部

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