弧区变化对蓝宝石晶片锯切机理的影响研究

发布时间：2017-10-14 00:28

  本文关键词：弧区变化对蓝宝石晶片锯切机理的影响研究

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【摘要】：蓝宝石材料由于其良好的机械特性、光学性能及化学稳定性得到广泛的应用。蓝宝石晶片需要经过切断制作成特定规格的产品,如将LED晶圆分离成晶粒,将晶片切割成指定规格的窗口片等。晶片的切断加工是蓝宝石材料变为成品的最后步骤,其质量直接影响产品的成品率。金刚石砂轮作为一种传统的机械加工方法具有成本低、效率高的优点。然而,由于蓝宝石脆性大、硬度高,加工过程难度大易崩边,需要对其加工机理进行深入研究。切割过程中弧区变化对蓝宝石晶片锯切机理有很大影响,锯切弧区不同将影响单颗磨粒切屑形态,而切屑形态决定了材料的去除方式,材料的去除方式又直接影响晶片的崩边程度。本文利用超薄切割砂轮对蓝宝石晶片进行了锯切试验,通过改变弧区位置、砂轮转速、工件进给速度控制单颗磨粒的切屑形态。通过显微镜对切槽形貌及崩边进行了观测,判断不同弧区材料去除特性。分析不同弧区下的锯切力、力比、比能变化特征,对它们反映出的材料去除机理进行探讨。建立了锯切力的数学模型,以便更深入的探究不同弧区锯切力的形成机理及其变化特征。论文的主要研究成果概括如下:1、不同弧区材料去除特性:弧区位置较低时,切屑不易排出,大量破碎切屑嵌在切槽内;弧区位置较高时,单颗磨粒切深较大,脆性破碎量增多。崩边大小与材料去除方式相对应,较低和较高的弧区位置都会导致较大的崩边。2、弧区变化对锯切力的影响规律:在同一组参数下,单位宽度法向力随弧区位置增高而增大,单位宽度切向力随弧区位置增高先增大后减小;对锯切力比的影响规律:力比随弧区位置的增高而增大;对锯切比能影响规律:比能随弧区位置的增高先增加后减小。3、建立了不同弧区锯切力数学模型,结合试验数据推导了不同弧区的锯切力公式并进行了验证。探究了公式中法向力系数k及切向力系数k'的变化规律:k随弧区位置的增高线性增大,k'随弧区位置的增高而增大,但增长速度越来越缓慢。
【关键词】：蓝宝石 锯切 金刚石砂轮 锯切弧区 加工机理
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ164
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 蓝宝石晶片及其应用11
• 1.1.1 蓝宝石晶体材料特性11
• 1.1.2 蓝宝石晶片的应用11
• 1.2 蓝宝石晶片制备工艺11-13
• 1.3 晶片切割技术研究现状13-15
• 1.4 课题研究思路及主要内容15-17
• 第2章 蓝宝石晶片的锯切机理17-27
• 2.1 传统磨削理论分析17-20
• 2.1.1 单颗磨粒磨削模型17-18
• 2.1.2 磨削过程的切削要素18-20
• 2.2 蓝宝石锯切过程理论分析20-22
• 2.2.1 单颗磨粒锯切模型20-21
• 2.2.2 切割砂轮的受力分析21-22
• 2.3 蓝宝石晶片锯切的理论基础22-25
• 2.3.1 蓝宝石晶片锯切模型22-25
• 2.3.2 蓝宝石材料去除机理25
• 2.4 本章小结25-27
• 第3章 蓝宝石晶片锯切试验方案27-35
• 3.1 试验总体方案设计27-28
• 3.2 锯切试验系统28-32
• 3.2.1 锯切实验平台28-29
• 3.2.2 工件材料29
• 3.2.3 工件安装的夹具设计29-30
• 3.2.4 切割砂轮及其修整30-31
• 3.2.5 锯切力测量及采集系统31-32
• 3.2.6 工件形貌观察设备32
• 3.3 蓝宝石晶片锯切工艺参数32-33
• 3.3.1 锯切弧区位置的选择32-33
• 3.3.2 试验参数的设定33
• 3.4 本章小结33-35
• 第4章 弧区变化对锯切过程的影响分析35-51
• 4.1 不同弧区的工件形貌特征35-38
• 4.1.1 切槽形貌分析35-37
• 4.1.2 崩边观测结果37-38
• 4.2 不同弧区的锯切力变化特征38-44
• 4.2.1 砂轮转速对不同弧区单位宽度锯切力的影响39
• 4.2.2 工件进给速度对不同弧区单位宽度锯切力的影响39-40
• 4.2.3 不同弧区单位宽度法向力和切向力的结果分析40-43
• 4.2.4 最大未变形切屑厚度对不同弧区单位宽度锯切力的影响43-44
• 4.3 不同弧区的锯切力比变化特征44-47
• 4.3.1 锯切用量对不同弧区锯切力比的影响44-45
• 4.3.2 最大未变形切屑厚度对不同弧区锯切力比的影响45
• 4.3.3 接触弧长对不同弧区锯切力比的影响45-46
• 4.3.4 单位宽度法向锯切力和切向锯切力的关系46-47
• 4.4 不同弧区锯切比能的变化特征47-49
• 4.4.1 砂轮转速对不同弧区比能的影响47-48
• 4.4.2 进给速度对不同弧区比能的影响48-49
• 4.4.3 最大未变形厚度对不同弧区比能的影响49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 不同弧区锯切力模型的建立51-65
• 5.1 传统脆性材料锯切力数学模型51-56
• 5.1.1 单颗磨粒切削力组成51-52
• 5.1.2 砂轮表面有效磨粒数52
• 5.1.3 单位宽度锯切力数学模型52-56
• 5.2 锯切力模型的推导56-58
• 5.3 锯切力模型的验证58-61
• 5.4 锯切力模型特点分析61-63
• 5.5 本章小结63-65
• 第6章 总结和展望65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果73

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本文编号：1027982