毕业设计论文-金刚石线锯切割机设计.docx
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毕业设计(论文)
题目:
金刚石线锯切割机设计
学生姓名
学号
专业班级
分院(系)
指导教师(职称)
2013年4月
金刚石线锯切割机设计
【摘要】本文对金刚石线锯切割机进行了深入的研究。
在理论上探讨了单晶硅各异性材料特性对电镀金刚石线锯切割硅晶片过程影响。
分析了锯丝沿不同的晶面、晶向锯切对晶片的影响规律,并推荐了首选的锯丝切入方向。
研究发现,在确定的工艺参数下,当锯丝切入方向使锯切两边材料的弹性模量分布关于锯丝切入方向呈对称性时,可有效地提高晶片面形质量。
锯丝切入方向与被锯切晶面内的易开裂方向一致时,可有减少晶片表面破碎。
本课题主要对切割机导轨平台、工件夹具、缠绕筒及切割线张力调整装置的结构设计。
通过搜集相关文献资料,了解本课题国内外研究动态,确定设计研究方案;完成金刚石线锯切割机滚珠丝杠、螺母、步进电动机、螺母等相关零部件及装配图的设计;完成相关零部件设计说明书及其图纸。
【关键词】金刚石;线锯切割机;导轨平台
DesignofDiamondWireCuttingMachine
【Abstract】Inthispaper,diamondwiresawcuttingmachinehasconductedin-depthresearch.Intheoryofmonocrystallinesiliconanisotropicmaterialpropertiesofelectroplateddiamondwiresawcuttingsiliconwaferprocessaffect.Wiresawingalongthecrystalsurface,crystalandrecommendapreferredsawSiqieintothedirectionoftheinfluenceofsawingthewafer.Thestudyfoundthat,whenthesawwireintothedirectionofthecuttingmaterialonbothsidesoftheelasticmodulusdistributionsymmetricalsawcutwireintothedirection,whichcaneffectivelyimprovethequalityofthewafersurfaceshapetodeterminetheprocessparameters.Thesawwireintothesawingcrystalsurfaceeasytocrackthesamedirection,thedirection,mayhavetoreducethewafersurfacebroken.
Themainsubjectofthecutterrailplatform,workholding,reelandcuttingthreadtensionadjustingdevicestructuredesign.Throughthecollectionofrelevantliterature,researchtrendsaboutthistopic,andtodeterminethedesignofresearchprograms;completionofthediamondwiresawcuttingmachineballscrews,nuts,steppermotors,nutsandotherrelatedpartsandassemblydrawingsofdesign;completetherelevantpartsdesignspecificationanditsdrawings.
【KeyWordsJDiamond;WireSawCuttingMachine;RailPlatform
浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 目录
目录
1绪论 1
1.1概述 1
1.2国内外研究现状及发展趋势 1
1.3金刚石线锯切割机的简介 4
2金刚石线锯切割机的设计方案 5
2.1有关首选参数 5
2.2切割机特点 6
2.3金刚石线锯切割机设计方案 6
2.3.1原理分析和总体结构设计 7
2.3.2传动系统和工作台的设计 7
2.3.3张力调整装置设计 8
3金刚石线锯切割机传动设计 10
3.1滚珠丝杆的选择与计算 10
3.1.1滚珠丝杆的定义 10
3.1.2滚珠丝杆副间隙调整法 11
3.1.3滚珠丝杆的循环方式 13
3.1.4滚珠丝杆的计算 14
3.1.5滚珠丝杆安装方式 17
3.2步进电动机的选择 18
3.3张紧轮设计 21
3.4绕线轮的设计 25
3.5二维夹具的设计 27
结论 28
参考文献 29
致谢 30
III
浙江工业大学之江学院毕业设计(论文)
全套设计加401339828
浙江工业大学之江学院毕业设计(论文)
1绪论
1.1概述
脆性材料,如单晶硅、多晶硅、宝石、玻璃、陶瓷等,具有优良、稳定的物理和化学性能耐磨损性、抗腐蚀性、电绝缘性等,在电子、光学及其它领域得到广泛应用,特别是单晶硅、多晶硅、陶瓷材料被广泛用于太阳能光伏产业、半导体、真空电镀等高精端产业中。
伴随半导体、光伏材料技术的发展,需求量不断增加,切割加工量大幅增长,由于硬脆材料硬度高、脆性大,因此加工难度较大。
锯切是硬脆材料机械加工的第一道工序,锯切加工成本约占加工总成本的50%以上,因此,切割工艺、工具及设备受到越来越广泛的关注,并得到迅速发展〔I】。
金刚石线锯切割机是近十几年来获得快速发展的一种硬脆材料切割设备,包括使用游离磨料和固结磨料两类。
根据锯丝的运动方式和机床结构,也可分为往复式和单向线锯。
金刚石线锯使用高硬度的金刚石作为磨料,其典型磨粒尺寸为数十个微米,同时具备线锯切割的特点,能够对硬脆材料进行精密、窄锯缝切割,且可实现成形加工。
随着在大尺寸半导体和光电池薄片切割中的应用和发展,金刚石线锯逐渐显现出一系列无可比拟的优点:
加工表面损伤小、挠曲变形小,切片薄、片厚一致性好,能切割大尺寸硅锭,省材料、效益高,产量大,效率高等【I。
1.2国内外研究现状及发展趋势
用金刚石线锯切割脆性半导体材料的工艺最早由Mesh于20世纪70年代提出W.Ebner进行了早期线锯加工实验,由一个主动轮鼓和一个从动滑轮组成往复式多线锯的往复式试验机床,金刚石锯的两端绕过滑轮分别固定在轮鼓径向的两端电机驱动轮鼓带动锯丝往复运动。
W.Ebner用之进行切割,得到了小于0.4mm的切片厚度。
20世纪80年代,出现了可用于硅片切割的金刚石多线锯。
AndersJ.R使用日本Yasunagar公司的YQ—100金刚石多线锯进行了硅切片实验,得到的切缝宽度小于0.16mm,表面损伤层深度小于5um。
ITo、Murata、Tokura和Ishikawa等人则对金刚石线锯的切害特性进行初步实验研究⑶。
20世纪90年代,尤其是近几年来,金刚石线锯得到了快速发展,对其研究也更为深入。
Li等人提出锯丝施加在磨粒上的力带动磨粒沿切削表面滚动,同时压挤磨粒嵌入切削表面,从而形成剥落片屑和表面裂缝,形成宏观的切割作用。
重点研究了磨粒嵌入工件时的应力分布和作用,发现磨粒对材料的最大剪切应力发生在微观切削表面之下,据此对磨料的选择进行优化。
Kao等人指出在“滚动一嵌入”模型中,磨粒的运动除滚动和嵌入外,还包括刮擦,三者共同形成切削作用。
Bhagirat等人则在这个模型中考虑了磨浆的作用并认为,在锯丝带动游离磨料切割硅锭的小区域内,锯丝与磨浆的运动构成了一个弹性流体动力学环境,用有限元方法分析锯丝与硅锭间的磨浆弹性流体动力学模型,得到磨浆薄膜厚度和压力分布关于走丝速度、磨浆粘度和切割条件的函数,还得出结论:
磨浆薄膜厚度大于平均磨粒尺寸,是磨粒的流动产生了切削囹。
Sahoo等人用有限元方法对薄片切割过程中锯丝的振动模型和热应力进行了分析,提出一个反馈控制算法,根据在线测得的锯丝的张紧力、刚度、温度等参数对切割过程进行控制,最后提出了一种分析、改进锯切工艺的方法。
Wei等人对单晶和多晶棒以及陶瓷材料(氧化铝)进行切割实验,建立了一个轴向运动的锯丝振动模型,通过振动仿真研究了锯丝张紧力、切片的池壁效应和磨浆阻尼对锯丝振动幅度的影响并认为,锯丝振动受走丝速度影响很小,研究中还第一次使用莫尔条纹干涉法对切片表面质量进行了高精度测量⑸o
在得到广泛应用的游离磨料线切割加工中,金刚石磨浆的组成特性无疑对切割性能和质量有直接影响,同时也是加工成本和环境污染的主要决定因素。
Oishi等人开发了一种适合切割大截面硅片时使用的水溶性冷却剂。
Costantini和Caster使用沉积槽和筐式离心过滤机对被微细硅切屑所污染的磨浆进行了分离,取得了较好效果。
Nishijima等人对油基磨浆的净化和回收进行了研究并认为,锯丝中的铁质粘附于金刚石磨粒的表面从而降低其切削性能,提出用超导磁体分离器先进行被磁化磨粒的分离,再进行硅粉末的分离,实现磨浆的净化和回收重用回。
国外线切割设备生产厂家主要有日本TAKATORI公司,不二越机械工业株式会社,NTC公司以及瑞士的M&B公司,HCT公司,从产品技术角度划分,瑞士的两家公司生产的线切割机水平较高。
尤其是HCT公司,该公1984年成立以来,专攻线切割机技术,如今已成为业界的技术带头人。
TAKATORI公司产品主要有MWS-48SD,MWS-610,MWS-610SD三种,可用于100mm〜200mm之间半导体材料的切割。
该公司其他一些线切割设备主要用于截面尺寸较小的磁性材料、光电材料的切割。
以上三种线切割机产品都属于三轴(导轮)驱动形式,MWS-610SD采用材料向下运动的切割方式。
这两种线切割机线丝存线长度不超过150KMo不二越机械工业株式会社线切割机主要有FSW-150型。
三轴(导轮)驱动形式,可切150X150方形材料(主要针对太阳能光电硅材料切割)存线长度不超过150KM°NTC公司(日平外山公司)主要提供300mm晶圆片线切割机MNM444B和MWM454B两种。
三轴(导轮)驱动形式,存线长度达400KMo瑞士M&B公司在原DS260线切割机基础上研制出DS261、DS262、BS800三种机型。
其中DS262机型是专为太阳能级硅片切割设计的,该机型一次可切四根单晶棒料。
其最大生产效率为一次自动切割过程中能切出圆片4400片oBS800机型是带锯切割方形材料的设备。
M&B公司线切割机主要用于200mm硅圆片和太阳能级硅片的切割加工,四轴导轮驱动形式,大大增强了工作台的承料面积。
HCT公司生产的线切割机主要有E400SD、E500SD、E500ED-8、E400E-12四种,其中E400SD、E500SD两种机型主要用于太阳能级硅片切割加工,最大加工到150mm。
E500ED-8.E400E-12适用于半导体圆片加工生产,E500ED-8为200mm设备,E400E-12为300mm设备。
HCT公司与M&B线切割机设备主要以四轴导轮驱动形式设计,这样可以增大工作台的面积,增
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- 毕业设计 论文 金刚石 切割机 设计