Выбор инструментов и режимов резки

Буля (секция)	инструмент	режимы обработки	СОЖ
материал	разме-ры	тип,зернис­тость, cвязка	D•d •b мм	V, м/с	S, мм/мин	Sny, мм	P, Н
кремний
кварц

Таблица 3

Параметры пластин после резки

мате­риал	размеры, мм	ориентация	клино­видность	неплос­кост- ность	прогиб	разно­толщин-ность	откло-нение угла среза,
	D • S	h • l • S	h • k • l	q ^0	мм	мм	мм	мм	угл. мин
крем- ний
кварц

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

1. Основные положения процесса резки кристаллов.

2. Схемы разделки кристаллов АОК, АКВР, пластинами и проволокой.

3. Схемы разделки кристаллов на заготовки, ориентация по морфологическим признакам.

4. Ручной метод и контроль натяжения АКВР.

5. Рентгенодифрактометрический методконтроля отрезанных пластин.

6. Особенности резки кристаллов, имеющих плоскости спайности, склонных к двойникованию.

7. Таблицы выбора инструмента, режимов резки и изложенных парамет­ров отрезанных пластин.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сущность процесса алмазной резки кристаллов.

2. Экономичные способы резки.

3. Выбор способа разделки и резки кристаллов.

4. Преимущества и недостатки резки АОК кристаллов.

5. Классификация станков по типу подач и расположению АКВР.

6. Особенности станков с АКВР.

7. Установка и натяжение АКВР.

8. Закрепление секций и буль при резке.

9. Выбор режимов и условий резки кремния и кварца.

10. Погрешности отрезанных пластин. Способы контроля.

11. Учет плоскостей спайности в кристалле при алмазной резке.

12. Исключение двойникования кварца при алмазной резке.

13. Рентгеновский метод контроля угла среза.

14. Способы повышения выхода годных при резке кристаллов.

15. Конструкция АОК и АКВР, зернистость, связка.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник.-М.: Радио и связь, 1991-528 с.

2. Мостяев В.Я., Дюжиков В.И. Технология пьезо- и акустоэлектронных устройств - М.: Ягуар, 1993 -280 с.

3. Высокочастотные акустооптические устройства / А.В. Чатан, Я.С. Иванишин, Б.Я. Шкивавый, И.В. Каменский / Оптический журнал.-1992- N5 - с. 68-69.

4. Бонд В.П. Технология кристаллов - М.: Недра, 1980-303 с.

ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕНОСТЕЙ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ И КОНТРОЛЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН

Цель лабораторной работы - изучение технологических особенностей обработки кремниевых монокристаллических пластин на станках для прецизионного шлифования и полирования СПШП1 и СПП1 и кварцевых кристаллических пластин на эксцентриковом шлифовально- полировальном станке К3914 и методики контроля обработанных элементов по геометрическим параметрам.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Современное производство оптико-электронных приборов отличается обширной элементной базой. Её основные составляющие:

-собственно оптическая система (линзы, призмы, зеркала, поляризационные фильтры и др.). Наряду с объёмной оптикой бурно развивается тонкоплёночная оптика;
- собственно электронные схемы управления и питания;

- оптоэлектронные приборы (оптроны, управляемые транспоранты, дисплеи, фотоприёмники, модуляторы и дефлекторы светового луча);

-источники излучения(светоизлучающие диоды и лазеры).
Эти элементы могут изготовляться как отдельные дискретные единицы, так и объединенные в интегральные единицы. В отличие от элементов объёмной оптики, эти элементы имеют микроминиатюрные размеры и изготавливаются методами современной микроэлектроники, которая берёт начало от планарной технологии на твёрдом теле и плёночной технологии. Её технологической особенностью является создание групповыми способами на кристаллической пластине с помощью фотолитографии, эпитаксии, диффузии, напыления и других технологических процессов большого количества элементов.

Поскольку элементы современных оптико-электронных приборов имеют микронные и субмикронные размеры, то технологические операции, следующие за механической обработкой (окисление, фотолитография,диффузия и.т.п.), требуют почти идеальной формы и структуры поверхности пластин. Поэтому к монокристаллическим пластинам предъявляются высокие требования к качеству поверхности: шероховатость не ниже R_z = 0,05 мкм, погрешности формы не должны превышать долей мкм, а нарушения в приповерхностном слое - минимальны.

Готовые элементы получаются последующим разделением обработанной пластины и поступают на сборку.

Наиболее широко в настоящее время применяют монокристаллические пластины полупроводниковых (кремний, германий, арсенид галлия) и диэлектрических материалов (кварц, танталат и необат лития).Для изготовления пластин из монокристаллических материалов необходимо выполнить следующие технологические операции (рис.1).

Cхема технологического ппроцесса изготовления пластин

Рис.1.

1.1. Шлифование кристаллических пластин

В данной лабораторной работе рассматривается технологический процесс механической обработки пластин - их тонкое шлифование.

Цель операции шлифования - удалить большой по величине нарушенный слой после резки кристалла на пластины, получить заданную толщину, шероховатость поверхности и параллельность плоской пластины.

Под шлифованием подразумевают обработку пластин на твёрдых доводочных дисках - шлифовальниках (из чугуна, латуни, стекла, стали и др.) абразивными микропорошками зернистостью от 50/40 до 5/3 мкм.

Физической сущностью процесса шлифования является хрупкое разрушение обрабатываемого материала при взаимодействии с зёрнами абразива. При давлении на абразивное зерно со стороны шлифовальника в обрабатываемом материале образуются конические трещины. Перекатывание зёрен приводит к созданию сети трещин, которые, пересекаясь, отделяют частицы материала, называемые выколками.Множество расположенных рядом выколок образуют шероховатую поверхность.Глубина выколок зависит от применяемого абразива. При одинаковой крупности более глубокие выколки дают абразивы большей микротвердости. При этом увеличивается производительность процесса шлифования, характеризуемая величиной съёма материала в единицу времени (мкм/мин).
Шлифование полупроводниковых материалов классифицируют по ряду признаков:

по виду используемого абразива - на шлифование свободным и связаным абразивом;

по конструкции станка и характеру удаления припуска - на одностороннюю и двустороннюю;

по качеству обработанной поверхности - на предварительную и тонкую;

по способу базирования - с закреплением заготовок и со свободным укладыванием их в кассеты и сепараторы.

Шлифование свободным абразивом производится на станках для односторонней и двусторонней обработки, работающих по принципу свободного притира с использованием абразивных суспензий и паст.

При одностороннем шлифовании свободным абразивом (рис.2) пластины 4, наклеенные на специальное приспособление - головку 3, соприкасаются с рабочей поверхностью шлифовальника 5. Так как головка не закреплена и удерживается только роликами 6, которые мешают ей перемещаться к периферии шлифовальника под действием центробежных сил, она может само устанавливаться так, чтобы поверхности обрабатываемых пластин и шлифовальника плотно прилегали друг к другу. Ролики позволяют поддерживать постоянство межосевого расстояния головки и шлифовальника. Шлифовальник приводится во вращение электроприводом. Рабочее давление создаётся грузами 2. Абразивную суспензию подают в зону обработки из дозирующего устройства 1.

1- дозирующее устройство с абразивной суспензией,

2- груз, 3- головки, 4- пластины, 5- шлифовальник,

3- направляющие ролики.

Рис.2.

В процессе обработки поверхности пластин происходит одновременно и износ шлифовальника. Форма и интенсивность износа шлифовальника зависят от величины межцентрового расстояния l, размеров головки и шлифовальника, расположения пластин на головке и времени обработки. Пластины, обработанные на изношенном неплоском шлифовальнике, будут иметь неплоскую поверхность и непараллельные стороны.

Двустороннее шлифование свободным абразивом выполняют на станках, имеющих два шлифовальника: верхний 1 и нижний 2, между которыми в отверстиях свободной кассеты 3 расположены пластины 4 (рис.3). Центры вращения верхнего шлифовальника 1 и кассеты 3 расположены эксцентрично друг относительно друга и от оси вращения нижнего шлифовальника 2, который является ведущим. Вращение нижнего шлифовальника 2, кассеты 3 и верхнего шлифовальника 1 происходит в одном направлении, но с разной частотой вращения. При подаче абразивной суспензии происходит удаление материала одновременно с двух сторон пластин. Кассета испытывает небольшие усилия со стороны обрабатываемых пластин, поэтому тоже имеет очень малую толщину.

На этих же станках пластины полируются с применением суспензий полирующих порошков и полировальников с полимерными подложками, устанавливаемых вместо шлифовальников.

Двустороннее шлифование свободным абразивом

1,2 - верхний и нижний шлифовольники,

3 - кассета, 4 - пластины.

Рис.3.

При отсутствии проворота в отверстии кассеты пластины имеют небольшую клиновидность, а при возможности проворота - поверхности пластин симметричны относительно пластины с небольшой клиновидностью, которая зависит от условия её обработки.

Шлифование связанным абразивом производится на станках с жёсткими осями, особенностью которых является неизменность положения осей вращения детали и инструмента (рис.4). Инструментом служит шлифовальный круг, состоящий из алмазных зёрен, прочно скреплённых связкой.

Шлифование связанным абразивом

1- алмазный круг,

2- пластины,

3- головка.

Рис.4.

При шлифовании алмазный круг 1 вводится в контакт с поверхностями обрабатываемых пластин 2, закреплённых на столике 3. Шлифовальный шпиндель и столик приводятся во вращение от раздельных электродвигателей. Скорость вращения шлифовального круга может достигать больших значений до (3000 1/мин), поэтому шлифование является высокоскоростным.

Точность обработки связанным абразивом зависит в первую очередь от точности сборки и настройки станка, жёсткости его элементов. Погрешности формы пластин возникают в основном, вследствие не параллельности осей шлифовального шпинделя и столика.

Шлифование свободным и связанным абразивом может быть предварительным (грубым) и окончательным (тонким). Предварительное шлифование производится крупнозернистым абразивом с более высокими давлениями и позволяет быстро удалить требуемую величину припуска. Тонкое шлифование характеризуется более мягкими режимами и мелкозернистым абразивом. Оно предназначено для дальнейшего улучшения формы и качества поверхности.

1. 2. Абразивные материалы и инструмент

Обычно микротвердость применяемого абразива в 2 - 3 раза выше микротвёрдости шлифуемого материала. Этому требованию удовлетворяют электрокорунд белый, карбид кремния зелёный, карбид бора, алмаз природный, синтетический.

Твёрдость абразивных материалов определяется по минералогической шкале Мосса, расположенных в порядке возрастания твёрдости от 1 до 10. По этой школе твёрдость алмаза - 10, карбида бора - 9, 5 - 9,75, карбида кремния - 9,2, электрокорунда - 9,0. Чем твёрже абразивный материал, тем больше выколки он оставляет, тем больше производительность обработки.

Величина алмазного и абразивного порошка характеризуется номером зернистости и определяет качество обрабатываемой поверхности и съём материала в единицу времени. Отбор порошков по зернистости производится на специальных ситах последовательным их просеиванием. Зернистость порошка определяется размером отверстия сита в микронах. Абразивные порошки по номеру зёрен делятся на четыре группы: шлифзерно, шлифпорошки, микропорошки и тонкие микропорошки. В обозначение абразивного порошка входят марка материала, из которого он изготовлен, и номер зернистости (ЭБМ 5 - электрокорунд белый, микропорошок зернистостью от 5 до 3 мкм или АСМ 1/0 алмаз синтетический, микропорошок зернистостью от 0,5 до 1 мкм).

При шлифовании свободным абразивом применяют абразивные и алмазные суспензии - механические взвеси порошка в воде, масле и других жидкостях.

При шлифовании связанным абразивом используют алмазные шлифовальные круги, которые характеризуются формой (6А-плоские с выточкой, 12А- чашечные конические), размерами, зернистостью и концентрацией алмазных зёрен, а также материалом связки (органическая, металлическая, керамическая).

Корпуса алмазных кругов изготовляют из сталей С_Т3, 20, 25, 30 или из алюминиевых сплавов АК6 и Д16.

Для шлифования полупроводниковых пластин на станках с жёсткими осями СПШП 1 используют круги формы 6А2С и 6А2В зернистостью

АСМ50/40, АСМ40/28, АСМ28/20, АСМ20/14 и АСМ7/5.

1.3. Закрепление заготовок.

Базирование и закрепление заготовок при шлифовании имеет важное значение, так как в значительной мере определяет точность получаемых поверхностей. Пластины закрепляют на специальных приспособлениях (головках, столиках) наклейкой или посадкой на оптический контакт, устанавливают на вакуумный столик или укладывают в сепараторы.

При наклейке важно, чтобы базовая сторона пластин, обращённая к столику, была параллельна его поверхности. Однако это условие нарушается из-за неравномерной толщины и деформации клеящего слоя, вызванных его усадкой и неравенством коэффициентов линейного расширения полупроводникового материала, клеящего вещества и материала приспособления. В результате пластины занимают по отношению к поверхностям приспособления одно из положений, показанных на рис.5, а - в (H - припуск на обработку).

После обработки и отклейки из - за погрешностей базирования возникают погрешности формы пластин - неплокостность (рис. 5, а,б) и непараллельность плоскостей - клиновидность (рис. 5, в). Чем тоньше слой клеящего вещества, тем меньше возможные перекосы и деформации.

Прочность клеящего вещества должна быть достаточной, чтобы противостоять действию сил резания и трения при шлифовании. Поэтому для уменьшения погрешности базирования пластин при наклейке необходимо наносить тонкий равномерный клеящий слой, а также выбирать режимы его охлаждения. Клеящий слой должен находиться под всей поверхностью пластин, так как отсутствие его по краям может привести к появлению сколов, а в середине - к деформациям.

В качестве наклеечных веществ используют сублимационный клей КС - 1, пчелиный или синтетический воск, а также смесь воска с канифолью, называемую пицеином. Температура размягчения восков 63⁰C, канифоли 83⁰C. При наклейке пластин пицеином допускается более высокая температура в зоне обработки пластин и большие скорости шлифования.

Посадка на оптический контакт лишена недостатков способа наклейки. Оптическим контактом называется такое тесное соприкосновение двух поверхностей, когда они, в результате сцепления, настолько точно прилегают друг к другу, что требуется большое усилие, чтобы их разъединить. Оптический контакт обеспечивает большую точность базирования, но выполнение его связано с большими технологическими трудностями, так как необходимы малая (R _z< или = 0,05 мкм) шероховатость и высокая точность соединяемых поверхностей.

Для вакуумного закрепления пластин необходимы специальные столики с вакуумной полостью. Способ обеспечивает хорошее базирование пластин.При этом погрешности базирования будут зависеть только от формы самого столика.

При свободной укладке пластин в кассеты на станках для двустороннего шлифования погрешности базирования минимальные, так как отсутствует клеящий слой. Из - за разнотолщинности пластин может возникнуть их клиновидность. Поэтому заготовки необходимо подбирать по толщине и по диаметру.

Свободную укладку иногда применяют и при одностороннем шлифовании, для чего используют специальные приспособления.

Погрешность и формы пластин, появляющиеся из-за погрешности базирования при наклейке:

а - выпуклость, б - выгнутость, в - клиновидность

Рис.(5)

1.4. Контроль кристаллических пластин

У кристаллическихпластин контролируют качество поверхности (дефекты поверхности и при необходимости глубину нарушенного слоя) и отклонения геометрической формы (разнотолщинность, клиновидность, неплоскостность и прогиб).

Состояние шлифованной и полированной поверхностей пластин, наличие ямок, светящихся точек, пятен, сколов, рисок и трещин контролируют визуально невооружённым глазом или под микроскопом. При помощи стереоскопического микроскопа МБС - 1 и металлографического микроскопа МИС - 11 проверяют наличие на поверхности дефектов и следов загрязнения при максимальных увеличениях - 88^r (БМС - 1) и 1440^r (МИС - 11).

После любой абразивной обработки возникает нарушенный слой за счёт ударного воздействия зёрен на обрабатываемую поверхность.

Глубина нарушенного слоя прямо пропорциональна зернистости абразива, твёрдости шлифовальника и обратно пропорциональна скорости обработки и твёрдости обрабатываемого материала.

Глубину нарушенного слоя определяют несколькими методами: рентгеновским, электронографическим, травлением и др.

Разнотолщинность партии пластин (отклонения от номинального значения размера, определяющего расстояние между их поверхностями) должна находиться в пределах допуска, чтобы обеспечить воспроизводимость процесса изготовления оптико-электронных приборов, и не должна превышать ± 10 мкм.

Толщину пластин измеряют либо установленным на стойке индикатором часового типа с ценой деления 1 мкм (точность измерения ± мкм), либо оптическим длинномером ИKВ - 3 (±0,5 мкм).

Клиновидность пластин (отклонение от параллельности плоскостей) D h - разность наибольшего h₁ и наименьшего h₂ расстояния между прилегающими плоскостями на заданном диаметре d рис. 6, а).

Индикатор и длинномер ИKВ - 3 используют также для определения клиновидности пластин, которая будет равна наибольшей разности значений толщин пластины в диаметрально противоположных точках.

Неплоскостность пластин (отклонение от плоскостности) d h - наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей плоскости

(рис.6,б и в). Для измерения неплоскостности окончательно обработанных пластин, закреплённых на вакуумном столике, используют интерферометры с лазерным источником излучения.

Прогиб пластин f - наибольшее расстояние от точек реального профиля в радиальном сечении до соответствующей стороны прилегающего профиля

(рис. 6, г). Прогиб в основном обусловлен разностью остаточных напряжений на сторонах пластин, подвергнутых различной обработке. Для тонких пластин, шлифованных с одной из полированных с другой стороны, прогибы будут достигать1000 мкм. Пластины с односторонней обработкой имеют вогнутость со стороны обработанной поверхности. Прогиб пластин контролируется бесконтактным ёмкостным или интерференционным методами.

Дата добавления: 2015-11-14