Влияния ультразвуковых колебаний заготовок из полупроводниковых материалов на эффективность их разрезания на пластины

Результаты исследования интенсивности изнашивания РИ представлены на рисунке 1. Интенсивность износа определяли по методике [4]. Фрезеровали заготовки из стали 5ХНМ на двух режимах: Р1 — V = 247 м/мин, = 0,4 мм/зуб, Г = 1мм, В = 20 мм; Р2 - V = 157 м/мин, = 0,25 мм/зуб, г = 1,5 мм, В = 20 мм.

5

3

J -1 о7

2

1

0

Рис 1. Интенсивность износа пластин МК8 на режимах резания PI (а) и Р2 (б) с МП: 1 -TiCN-Ti*N, 2 - TiCN-TiZrN-TiN

Как видно из рис.], интенсивность изнашивания пластин MKS с МП TiCN-TiZrN-TiN в 1,5 - 1,6 раза ниже по сравнению с пластинами с МП TiCN-TiN и в 2,7 - 3,1 раза с ИП TiN (в зависимости от режима обработки).

Таким образом, проведенные исследования показали высокую эффективность предложенной конструкции МП.

Б И Б Л И О Г Р А Ф И ЧЕС К И Й СП И СО К

1. Зорев М. М. Обработка стали твердосплавным инструментом в условиях прерывистого резания с большими сечениями среза // Вестник машиностроения. - 1963. - № 2. - С. 62 - 67.

2. Кабалдин Ю. Г. Структура, прочность и износостойкость композиционных инструментальных материалов. - Владивосток: Дальнаука, 1996. - 183 с.

3. Паладин Н. М. Создание композиционных инструментальных материалов на основе исследования микромеханизмов разрушения твердых сплавов с покрытиями: Автореферат дис. ... канд. техн. наук. -

М., 1990.

4. Смирнов М. Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкции износостойких покрытий: Дис____канд. техн. наук/Ульян. гос. техн. ун-т. - Ульяновск, 2000 - 232 с.

5. Финкель В. М. Физические основы торможения разрушения. - М.: Металлургия, 1977. - 360 с.

6. Табаков В. П. Повышение эффективности режущего инструмента путем направленного изменения параметров структуры и свойств материала износостойкого покрытия: Дис.... д-ра техн. наук/Ульян, политехи, ин-т. - Ульяновск, 1992. - 605 с.

7. Новиков Н. В. Методы микроиспытаний иатреици-ностойкость (Обзор)/ Н. В. Новиков, С. Н. Дуб, С. И. Бу-лычов// Заводская лаборатория. - 1987. - № 7. - С. 60 - 67.

Циркип Алексей Валерьевич, инженер кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» Ул/ТУ. Имеет статьи в области технологии нанесения износостойких покрытий КИБ.

1

УДК 621.315.592

Л. В. ХУДОБИН, О. Г. КРУ ПЕННИКОВ, А. Е. ДОРМУШЕВ

ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ ЗАГОТОВОК ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ РАЗРЕЗАНИЯ НА ПЛАСТИНЫ

Приведены результаты экспериментального исследования влияния ультразвуковых колебаний полупроводниковых монокристаллов на эффективность их разрезания алмазными отрезными кругами

Известно, что создание современной элементной базы для электронной промышленности неразрывно связано со все более ужесточающимися требованиями, предъявляемыми к качеству полупроводниковых подложек, на которых формируется топология приборов и микросхем.

Операция разрезания заготовок из полупроводниковых материалов на пластины, являясь основной заготовительной операцией, в ходе выполнения которой происходит формообразование пластин, не может

обеспечить требуемого их качества. В силу технологической наследственности дефекты макро- и микрогеометрии пластин переносятся с операции (разрезания) на отделочные операции (шлифование, полирование). Следовательно, важно уже на операции разрезания получать пластины с наименьшими дефектами.

Экспериментально исследована возможность повышения эффективности операции разрезания за счет наложения ультразвуковых (УЗ) колебаний на разрезаемую заготовку (полупроводниковый слиток).

А

JT

'Н - - д Н

ni 1 , г i

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - суппорт отрезного станка «Алмаз - 6М»; 2 - слиток (заготов ка); 3 - круг АКВР; 4 - барабан; 5 - режущая кромка; б - поворотное приспособление; 7 - ультразвуковой излуча тель; А. - угол поворота излучателя

Эксперименты проводили на отрезном станке «Алмаз - 6М», разрезая заготовки из монокристаллического кремния 076 мм марки ЭКЭС - 0,01-1 15ki ГОСТ 19658-81 на пластины толщиной 0,51 мм алмазным отрезным кругом 422x152x0,35 мм с внутренней режущей кромкой (АКВР). Характеристика круга АС6 50/40 выбрана согласно ГОСТ 26004-83.

Окружная скорость АКВР VK составляла 22 м/с, а скоростью врезной подачи Vs варьировали от 20 до 60 мм/мин. 1,0 %-ную полусинтетическую СОЖ

0,65

мкм

0,55

0,5 -

0,45

Ra 0,4

0.35

0,3

0.25

20

40

мм/мин 60

Vs

Рис. 2. Зависимость параметра Яа шероховатости отрезанных пластин от врезной подачи V*: 1 - традиционное разрезание; 2 - 5 - разрезание с наложением УЗ-колебаний на заготовку под углом X к направлению врезной подачи отрезного круга соответственно 0, 30, 60, 90°

Аквол-11 подавали на режущую кромку АКВР из штатных сопл с расходом 2 дм3/мин.

Для наложения на заготовку УЗ-колебаний использовали генератор УЗГ-0,25 и излучатель, смонтированные на суппорте отрезного станка (рис. I).

УЗ-колебания частотой 18,6 кГц и амплитудой 8

мкм накладывали на заготовку под углом X = 0°, 30°,

60°, 90° по отношению к направлению врезной подачи У5.

Установлено, что наложение УЗК на заготовку существенно влияет на шероховатость поверхности отрезанных пластин (рис. 2 - 4). При этом изменение

угла X с 0° до 90° (до перпендикулярного вектору врезной подачи направления) привело к уменьшению шероховатости пластин по параметру Ка в 1,6 -2,0 раза, в 1,7 и Яшах в 1,8 раза по сравнению с традиционным разрезанием. При таком расположении УЗ-излучателя шероховатость практически не изменяется с увеличением врезной подачи У5, что позволяет без потерь в качестве повысить производительность операции разрезания в 2,5 - 3,0 раза.

Положительный эффект от применения УЗК можно объяснить двумя причинами. Во-первых, колебательное смещение заготовки приводит к уменьшению длины дуги контакта режущей кромки АКВР со слитком. Во-вторых, сообщение заготовке осциллирующих движений с УЗ-частотой приводит к многократному взаимодействию алмазных зерен, расположенных на торцах режущей кромки, с отрезаемой пластиной, в результате чего срезаются микронеровности с поверхности пластины, а значит, уменьшается ее шероховатость.

Уз -

Рис. 3. Зависимость параметра Яг шероховатости отрезанных пластин от врезной подачи V,: 1.2-5- см. подпись к рис. 2

Рис. 4. Зависимость параметра Яшах шероховатости отрезанных пластин от врезной подачи V.: 1.2-5- см. подпись к рис. 2

Кроме того, с увеличением врезной подачи У5 возрастает давление со стороны режущей кромки круга на разрезаемую заготовку и, как следствие, интенсифицируется хрупкое разрушение ее поверхностного слоя, варьируя направлением приложения УЗ-колебаний к заготовке, можно замедлять или усиливать процесс диспергирования такого твердого и хрупкого материала, как кремний. Так, при совпадении направлений вектора подачи У5 и УЗ-воздействия (угол X = 0°) разрушение поверхностного слоя кремниевой заготовки усиливается, что приводит к росту шероховатости по параметру Ка (см. рис. 2). При увеличении угла X интенсивность хрупкого разрушения замедляется, а при угле X = 90° (когда направление УЗ-воздействия перпендикулярно вектору скорости врезной подачи) стабилизируется и становится практически независимой от У5.

Таким образом, наложение на заготовку УЗ-колебаний позволяет существенно повысить эффективность процесса разрезания.

двоооововэоеоееФоеее

Худобин Леонид Викторович, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ. Автор книг и статей в области технологии механической обработки.

Крупенников Олег Геннадьевич, кандидат тех-нических наук, доцент той же кафедры. Работает над совершенствованием технологии механической обработки заготовок из полупроводниковых и диэлектрических материалов.

Дормушев Антон Емилевич, аспирант той же кафедры. Занимается вопросами повышения эффективности операг{ии разрезания заготовок из неметаллических материалов на пластины.