ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки.

При современной технологии производства полупроводниковых элементов множество одинаковых кристаллов одновременно подго-тавливаются на одной пластине материала. Стадия разделения пластины на отдельные элементы находится ближе, к концу технологиче­ского процесса и поэтому особо ответственна. Именно эта опера­ция оказывает большое влияние на дальнейшую работу приборов.

Для разделения пластины на элементы часто применяются методы скрайбирования, то есть нанесения на поверхность пластины рисок с последующим разделением по эти рискам. Метод получил широкое распространение благодаря своей простоте, однако, управление процессом резания ограничено и не позволяет добиться стабильных результатов.

При лезвийной обработке качество обработанной поверхности и величина дефектного слоя значительно зависят от распределения напряжений (деформаций) в зоне резания. При этом возможность

управления процессом деформации весьма ограничена. В основном состояние деформируемого слоя задается геометрией режущего инструмента, формой сечения срезаемого слоя и состоянием режуще-го лезвия. Дефектный слой представляет собой слой материала, непосродственно прилегающего к поверхности резания. .Именно в этом слое образуются дислокации и микротрещины, вызванные воз­действием резца на материал пластины. Также дефекты ухудшают работу электронных приборов, так как являются препятствиями (стоками) для основных и неосновных носителей.

Теории резания показывают, что при обработке лезвийным ин-струментом в теле пластины образуются участки повышенной кон­центрации напряжений. Исследуемый материал относится к катего­рии хрупких, поэтому при лезвийной обработке разрушение плас­тины наиболее вероятно по линии действия максимальных каса­тельных напряжений. Особый интерес в данном случае представ­ляет характер расположения линий одинаковых максимальных каса-тальных напряжений в пластине. В тех участках тела пластины, через которые проходят линии максимальных касательных напряже-ний, наиболее вероятно образование дислокаций и микротрещин. Микротрещины появляются в непосредственной близости от риски, однако они могут распространяться и в тело пластины, вплоть до величины в 270 мкм на сторону. Такой широкий слой поврежденного материала приводит к нежелательным последствия,. таким, как разделение пластины не по риске, понижение надежности злемен-тов и сбои в работе приборов.

Для оценки напряженного состояния в зоне резания была создана компьютерная модель, позволяющая получить положение изолиний в теле пластины при схеме нагружения, эквивалентной воздействию инструмента. Кроме того, преследовалась цель добиться большей управляемости процесса резания, что позволило бы уменьшить дефектный слой и улучшить процесс резания. Этого можно достичь, изменив характер расположения линий максимальных касательных напряжений.

Для влияния на характер деформаций могут быть предложены следующие способы, такие как нагрев пластины, деформация (например, сжатие) всей пластины целиком или воздействие на какой-либо ограниченный участок. Рассматривается последний способ, как более удобный в реализациии. Он заключается во введениии в

систему дополнительной сосредоточенной нагрузки, расположенной

непосредственно перед резцом. Предполагается, что после ввода зтой дополнительной нагрузки линии максимальных касательных напряжения изменяют свою форму. Нагрузка, находящаяся непос­редственно перед резцом, также заранее подготавливает матери­ал к разделению.

За основу была взята модель с воздействием произвольно на-правлениой нагрузки на консоль в форме клина. Этот метод был разработан для определения поля напряжений в поляризационно-активных материалах. Расчет происходил согласно уравнениям, позволяющим получать значение напряжения для любой точки плас-тины вблизи зоны резания для случая сосредоточенной силы. Для получения опорных точек при построении линий одинаковых максимальных касательных напряжений был использован метод конеч­ных элементов. Все пространство пластины было покрыто сеткой . опорных узлов, в которых и рассчитывались напряжения.

Созданная компьютерная программа позволяет просчитывать и визуально оценивать напряженное состояние а пластине в слу­чай свободного резания. Исходными данными являются: сила реза­ния и закон ее распределения по передней поверхности резца;

величина наибольшего максимального касательного напряжения для визуализации изолиний; наличие, или отсутствие предварительно деформирующей силы, ее величина и место приложения;

Результатом работы программы являются графики линий равных максимальных касательных напряжений заданной дискретности (если эти напряжения существуют в отображаемом объеме пластины) и вывод всех исходных данных. Пользователь может многократно изменять почти все из перечисленных исходных данных для получения интересующей его схемы нагружения или напряженного состояния.

Проведено моделирование влияния координаты приложения предварително деформирующей силы и ее величины на характер распределения траекторий одинаковых максимальных касательных напряжений. Выявлены следующие закономерности: кривизна линии одинаковых максимальных касательных напряжений, выходящих за линию действия предварительно уплотняющей силы уменьшается, они сдвигаются в менее деформированную область; кривизна линии одинаковых максимальных касательных напряжения. не выходящих за линию действия предварительной уплотняющей силы, увеличивается, они смещаются в зону больших деформаций; линии одинаковых максимальных касательных напряжений, находящиеся ниже поверхности резания, приближаются к этой поверхности.

Сделаны следующие выводы. В пластине хрупкого материала при . обработке лезвийным инструментом образуются микротрещины. Наи­более вероятными участками образования трещин являются места прохождения линий одинаковых максимальных касательных напряже­ний. Для управления деформацией срезаемого слоя к свободной поверхности резания прикладывается дополнительная предваритель­ная деформирующая сила, которая изменяет форму линий максималь-ных касательных напряжений.. Меняется характер расположения ли-ний максимальных касательных напряжений таким образом, что с наибольшей вероятностью тревщины могут возникнуть на участках от реющей кромки резца до свободной поверхности. Это способствует более легкому стружкоотделению, а кроме того, так как линии меньше заходят в тело пластины, уменьшению дефектного слоя. Даже .при наличии линий максимальнах касательных напряжений ниже линии реза тращина не успевает образоваться (напряжения не успевают достичь разрушающей величины), так как в срезаемом слое разрушающее напряжение достигается быстрее и происходит съем стружки, после чего нагрузка от резца исчезает.