单晶硅电火花铣削电极损耗研究.pdf

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1、设计·研究《电加工与模具)2010年第6期单晶硅电火花铣削电极损耗研究鲁清，刘志东，邱明波，田宗军，黄因慧(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：提出了一种以电火花加工技术对半导体硅材料进行铣削加工的方法，分别进行了单晶硅和45钢的电火花铣削加工，发现铣削单晶硅的电极体积相对损耗仅为0．41％，而45钢达到9．22％。针对此现象，从蚀除机理、放电间隙以及放电电流的爬坡特性方面对单晶硅放电加工特性进行了研究，并解释了其电极损耗低的原因。最后研究了不同加工规准下，单晶硅电火花铣削加工电极相对损耗的工艺规律。关键字：单晶硅；电火花铣削；电极损耗；放电特性中图分类号

2、：TG661文献标识码：A文章编号：1009—279X(2010)06—0013—04ResearchforElectrodeWearofMonocrystallineSiliconbyElectricalDischargeMillingLuQing，LiuZhidong，QiuMingbo，TianZongjun，HuangYinhui(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Thispaperputsforwardamethodtomillsemiconduct

3、orsiliconmaterialbyEDM．MonocrystaIIinesiliconand45steelaremilledrespectively．Resultsshow：relativeelectrodewearisonly0．41％formillingmonocrystallinesilicon．comparedto9．22％formilling45stee1．Onthisba—sis，dischargecharacteristicsofmonocrystallinesiliconareresearchedfromerosionmechanism，dis—char

4、gegapandclimbingcharacteristicsofcurrent；meanwhile，anexplanationtothecauseoflowdec—trodewearisgiven．Finally，processprincipleofrelativeelectrodewearformonocrystallinesiliconmillingisstudiedusingdifferentmachiningparameters．Keywords：silicon；EDMmilling；electrodewear；dischargecharacteristics随着

5、现代科学技术的发展，像硅、锗、碳化硅等冲性火花放电，产生瞬间高温使工件材料局部熔化脆硬性材料在现代高技术行业的诸多领域，特别是或汽化，与材料的强度和硬度无关一。比利时鲁在航空航天、光学及电子领域中具有十分重要的作汶大学、美国内布拉斯加大学采用低速走丝电火花用-2J。但到目前为止，硬脆性半导体材料由于脆线切割加工技术(LSwEDM)进行了硅片切割研究，性高、断裂韧性低，采用传统加工方法仍十分困难。试验结果表明，电阻率在100Q·cm以下的单、多晶目前单晶硅铣削加工研究较少，华中科技大学运用硅片具有加工可行性。台湾研究人员通过增激光扫描技术对单晶硅进行铣削加工，通过选择激大进电

6、接触面积以改善半导体晶体放电加工性能的光的输入能量、激光束扫描速度和重复频率来获得方式，采用LSWEDM方法进行了硅锭切割工艺的最佳效果，但加工成本高，且表面质量较差，表面粗研究，切割效率达到了76mm／min111。但到目前糙度为Ra6～8btm。为止，利用电火花加工技术对半导体进行铣削加工电火花加工是利用工件和工具电极之间的脉研究较少。传统金属电火花铣削加工由于电极损耗较大且规律复杂，而电极的损耗又直接影响加工精收稿日期：2010—06—22度，使其在生产应用中受到了很大的限制。半导体基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975142)；江苏省科技支材料由于本身独特的

7、物理性质和电学性质，在进行撑计划资助项目(BE2009161)第一作者简介：鲁清，男，1986年生，硕士研究生。电火花铣削加工时会表现出一些与金属不一样的特一13—《电加工与模具)2010年第6期设计·研究性。为此，有必要对半导体材料电火花铣削加工的表1电火花铣削加工条件电极损耗和放电加工特性等问题进行研究，进一步拓展电火花加工技术在半导体加工领域的应用。本文从半导体自身的特性出发，对单晶硅电火花铣削加工特性进行了分析，在此基础上探索了单晶硅电火花铣削加工时电极相对损耗随电参数的变化规律。为此，研制了电火花铣削加工