ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

23-01

Результат выполнения технологической разработки.

Способ нанесения на полупроводниковой пластине риски ребром пирамиды (трёхгранной или четырёхгранной) является стандартным промышлен-ным способом. Так как резец симметричен относительно направления скорости резания, для каждой передней грани инструмента процессы резания идут синхронно и независимо. Схема резания для каждой половины резца является схемой несвободного прямоугольного резания.

Опытами доказано, что магистральная трещина, по которой происходит отделение элемента стружки, зарождается в области образца, прилегающей к вершине резца со стороны главного режущего лезвия инструмента. Магистральная трещина со стороны вспомогательного лезвия формируется несколько позже. Этот временной интервал обуславливает и наиболее вероятный путь развития трещины от вспомогательного лезвия. Так как вблизи главного лезвия материал образца уже находится в сильно деформированном состоянии, то сдвиговые деформации от вспомогательного лезвия в этой области невозможны. Развитие трещины идёт не по траекториям напряжений среза, а по траекториям максимальных касательных напряжений, т.е. трещина проходит глубже образуемой поверхности. Одновременно с генеральной трещиной в деформируемом слое неизбежно будут образовываться сопутствующие трещины, которые могут останавливаться при попадании в зоны напряжений, недостаточных для их роста, замыкаться на соседние трещины или на свободную поверхность образца. Таким образом, обработанная поверхность, формируемая вспомогательным режущим лезвием, всегда будет иметь худшее качество (сколы, вырывы, дефектный слой), чем поверхность резания, формируемая главным лезвием.

Уменьшение вероятности образования трещин и микротрещин в предполагаемом дефектном слое обработанной поверхности можно получить уменьшением напряжений и деформаций в образце за поверхностью резания.

Один из путей уменьшения вероятности состоит во введении предварительной дополнительной деформации среза непосредственно перед инструментом сосредоточенной силой. Направление действия этой силы перпендикулярно свободной поверхности пластины. Величина силы составляет часть силы прижима инструмента к обрабатываемой пластине. Передаётся усилие приспособлением, жестко связанным с резцом. При перемещении инструмента во время резания взаимное положение приспособления и инструмента остаётся неизменным.

С помощью дополнительного внешнего воздействия создаётся допол-нительное поле напряжений, имеющее максимум у поверхности пластины в точке приложения силы. Это приводит к такому перераспределению напряжений в срезаемом слое, при котором распространение трещины от вспомогательного режущего лезвия инструмента к свободной поверхности пластины начинается раньше, чем в отсутствие дополнительной нагрузки. Магистральная трещина в таком случае с большой вероятностью проходит вдоль траекторий напряжений среза от вспомогательного лезвия и не заходит за обработанную поверхность.

Для проверки предложенной гипотезы была разработана компьютерная модель несвободного прямоугольного резания с дополнительной деформацией срезаемого слоя. Программа позволяет определять положение изолиний напряжений в теле образца при заданной схеме нагружения. За основу компьютерной модели были взяты модели воздействия произвольно направленной сосредоточенной нагрузки на консоль в форме клина и воздействия произвольно направленной сосредоточенной нагрузки на полубесконечную плоскость. Первая мо-дель применялась для построения поля напряжений от главного режущего лезвия, вторая - для построения поля напряжений от вспомогательного лезвия резца и дополнительной нагрузки. Напряжение в произвольной точке образца определялось по принципу сложения напряжений от обоих режущих лезвий и дополнительной нагрузки.

Схема нагружения образца следующая. Одинаковой величины сила равномерно распределена по всей длине рабочих участков обоих режущих лезвий. Кроме того, к свободной поверхности образца в определённом месте при-ложена дополнительная сосредоточенная сила.

Программа позволяет задавать координаты приложения и величины всех внешних сил (сил на передней поверхности резца и дополнительной деформирующей силы). Дополнительная сила может быть приложена в любой точке свободной поверхности образца.

Проведено моделирование влияния расположения точки приложения дополнительной деформирующей силы относительно вершины резца на характер расположения изолиний поля напряжений.

Выявлены следующие закономерности.

При введении предварительной деформации срезаемого слоя в поле на-пряжений образца формируется зона повышенных напряжений. Наибольших значений напряжения достигают при расположении точки приложения дополнительной силы вблизи вспомогательного режущего лезвия. При значительном расстоянии от передней поверхности резца до точки приложения дополнительной силы поле напряжений распадается на две зоны повышенных напряжений с зоной низких напряжений между ними. Небольшое смещение точки приложения дополнительной деформации от вершины параллельно главному лезвию позво-ляет сохранить достаточно высокие напряжения в зоне вероятного прохождения трещины от вспомогательного лезвия и одновременно уменьшить вероятность захода трещины за обработанную поверхность.

Сделаны следующие выводы.

Приложение дополнительной силы мало изменяет внешние контуры поля напряжений, создаваемого воздействием резца, но значительно изменяет распределение напряжений внутри этого поля.

Относительное расположение точки приложения дополнительной деформирующей нагрузки и вспомогательного лезвия инструмента определяет зону повышенных напряжений в образце, т.е. зону вероятного прохождения трещины.

Смещение точки приложения дополнительной деформирующей нагрузки на расстояние около 20 мкм от вспомогательного лезвия вдоль передней поверхности резца приводит к уменьшению вероятности захода траектории трещины за обработанную поверхность.

Удаление точки приложения дополнительной силы более чем на

80 мкм от передней поверхности резца создаёт на вероятном пути роста трещи-ны зону пониженных напряжений, препятствующих прохождению трещины по оптимальной траектории.

Для величины дефектного слоя у поверхности риски, формируемой вспомогательным лезвием, изменение соотношения длин рабочих участков ре-жущих лезвий от 10:1 до 5:1 не играет значительной роли.