【摘要】：對于以硅片為基底的光伏電池來說,晶體硅原料和切割成本在電池總制造成本中占據(jù)了最大的部分。電火花線切割加工是利用放電產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象去除材料,其可加工性與材料的硬度、脆性等力學性能無關(guān),只與材料的熱學性能有關(guān),非常適合加工脆硬的半導體材料。其加工過程非常復雜,涉及電場、磁場、流場、溫度場以及應力場等多個物理場,期間伴隨著熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和動量傳遞。通過實驗直接測量各物理場的相關(guān)數(shù)據(jù)十分困難,在這種情況下,利用有限元方法研究多物理場對加工穩(wěn)定性、加工質(zhì)量和切縫寬度的影響對實現(xiàn)高效、高質(zhì)量、低損耗切片具有重要意義。本文以電火花多線切割加工半導體材料過程中的流、熱、磁、力四個物理場為對象,通過COMSOL Multiphysics有限元分析軟件和連續(xù)脈沖放電實驗,分析了加工參數(shù)對加工質(zhì)量、加工效率和切縫寬度的影響。主要研究內(nèi)容如下:(1)研究了兩種供液方式對電火花多線切割極間流場的影響,建立了電火花多線切割三維極間流場模型,并運用有限元方法分析了噴液壓力和運絲速度對極間流場的影響。(2)在考慮工件相變的基礎(chǔ)上,研究了單脈沖放電半導體材料的熱蝕除過程,分析了放電電流和脈寬對凹坑尺寸、工件表面粗糙度以及材料蝕除速率的影響。(3)建立了電火花多線切割連續(xù)脈沖放電過程中電極絲振動的理論模型,通過電極絲的熱-磁-結(jié)構(gòu)耦合仿真,分析了不同加工參數(shù)對電極絲橫向振動幅值的影響。(4)通過連續(xù)脈沖放電實驗對所建立的半導體材料蝕除模型和電極絲振動模型進行了檢驗,實驗結(jié)果表明,半導體材料蝕除模型對表面粗糙度和加工速率的預測精度分別為90%和95%,電極絲振動模型對切縫寬度的預測精度為93%。
【圖文】：

(a) 外圓切割機 (b) 外圓切割原理示意圖圖 1.1 外圓切割機及其工作原理示意圖圓切割.2 是內(nèi)圓切割機及其工作原理示意圖，其刀刃是鑲嵌在圓形金屬薄基片的內(nèi)圓周圓固定在旋轉(zhuǎn)軸上。進刀時硅棒沿進給方向向著刀口位置平移，一旦接觸高速旋割便開始，切完一片后自動退回。分度進給是指每切一刀后晶體垂直于刀口的推定了硅片的厚度[3]。與早期的外圓刀刃式切片機相比，，它可以使用更薄的刀刃，小的切割耗量、加工余量和較高的精度切出更薄的晶片。但是這種加工方式要求能超過刀片內(nèi)圓的直徑，也就是說，隨著加工尺寸的增大，刀片的尺寸也必須隨保證刀片的剛度，其厚度勢必要增加，從而導致切縫寬度增加，材料損耗變大。不適合加工大尺寸的硅棒。

(a) 外圓切割機 (b) 外圓切割原理示意圖圖 1.1 外圓切割機及其工作原理示意圖1.2.2 內(nèi)圓切割圖 1.2 是內(nèi)圓切割機及其工作原理示意圖，其刀刃是鑲嵌在圓形金屬薄基片的內(nèi)圓周上，刀片的外圓固定在旋轉(zhuǎn)軸上。進刀時硅棒沿進給方向向著刀口位置平移，一旦接觸高速旋轉(zhuǎn)的刀片，切割便開始，切完一片后自動退回。分度進給是指每切一刀后晶體垂直于刀口的推動，其量值決定了硅片的厚度[3]。與早期的外圓刀刃式切片機相比，它可以使用更薄的刀刃，因而可采用較小的切割耗量、加工余量和較高的精度切出更薄的晶片。但是這種加工方式要求硅棒的直徑不能超過刀片內(nèi)圓的直徑，也就是說，隨著加工尺寸的增大，刀片的尺寸也必須隨之增大。為了保證刀片的剛度，其厚度勢必要增加，從而導致切縫寬度增加，材料損耗變大。因此，內(nèi)圓切割不適合加工大尺寸的硅棒。(a) 內(nèi)圓切割機 (b) 內(nèi)圓切割原理示意圖圖 1
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN304;TG484

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本文編號：2643836