中北大学机电工程学院  肖丰乐 李东风
   

   随着半导体产业和光电产业的飞速发展，以单晶硅片为衬底的IC集成度越来越高，自从大规模集成电路（ULSI）时代的到来，与之相应的单晶硅片直径也越来越大[1]。多线切割技术因为能够切割大直径晶体、切口损失小、效率高等优点被广泛应用，在多线切割中应用最多的是自由磨粒切割技术。
   自由磨粒切割技术是用带有预紧力的钢线组成线网，线网将混合有磨粒的研磨液带入切割区域，硅锭在垂直于线网的方向上纵向进给，使线网平面与水平面保持一定的转角，高速运动的线网带动磨粒与硅锭产生作用进行切削。一般来说，钢线直径为150μm～250μm，钢线预紧力20N～30N，锯丝转角2℃～6℃，钢线速度5m/s～15m/s[2]。
   M.Bhagavat等人[3]认为，在典型的线切割-弹性流体动压效应中，薄膜厚度常常大于磨粒尺寸（磨粒尺寸10μm-25μm，而最小膜厚为14μm），磨粒悬浮在切割液中。切割液将能量传递给磨粒，获得了能量的磨粒作用于晶体以实现材料的去除[4]。葛培琪等人认为在研磨液中磨粒与晶体的碰撞是材料去除的主要因素 [5]。因此在切割硅晶体时，含有微磨粒的研磨液对硅锭的反复冲击形成的冲蚀磨损是实际的材料去除机理。
   在自由磨粒多线切割过程中，磨粒形状、粒径、钢线速度、锯丝转角是影响切削效率和质量的关键因素。本文即在此基础上应用有限元软件研究磨粒形状、大小对冲击应力的影响。