Введение к работе
Актуальность исследований обусловлена тем, что непрерывное
увеличение диаметра подложек, предназначенных для производства
интегральных микросхем, и повышение плотности расположения
компонентов в них предъявляют все более жесткие требования к
геометрическим параметрам подложек. Появление новых
полупроводниковых и диэлектрических материалов, используемых для
изготовления подложек в твердотельной микроэлектронике, вызывает
существенный рост объема исследований и конструкторских
разработок, направленных на совершенствование технологических
процессов их механической обработки. Номенклатура инструмента со
связанным абразивом и технологического оборудования,
предназначенных для обработки твердых хрупких материалов (ТХМ),
насчитывает сотни позиций и постоянно расширяется. В связи с этим
выбор технологического процесса резки, типа алмазно-абразивного
инструмента и модели оборудования для обработки конкретного
материала представляет собой весьма непростую задачу, зачастую
решаемую на интуитивном уровне. Поэтому весьма актуальной
становится задача оперативного выбора оптимального
технологического процесса резки слитков конкретного материала на
пластины с использованием наиболее подходящего инструмента.
Решение этой задачи целесообразно осуществлять путем разработки
автоматизированных систем с использованием современных
аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения. Непременным условием повышения эффективности изготовления подложек из ТХМ является также дальнейшее развитие инструментального обеспечения производств полупроводниковых и диэлектрических подложек на базе углубленного исследования физики процессов разрушения, сопровождающих абразивную обработку ТХМ.
Целью настоящей работы является разработка автоматизированных
систем (АС), алмазно-абразивного разделения слитков
полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины за счет
оптимизации технологической схемы обработки и использования
отрезного инструмента с улучшенными эксплуатационными
характеристиками.
Для достижения поставленной цель необходимо было решить
следующие задачи:
-проанализировать возможность создания АС, позволяющих
оптимизировать технологический процесс резки слитков
полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины;
-обосновать критерии оптимизации технологического процесса резки слитков на пластины;
-разработать методики и алгоритмы для выбора оптимального технологического процесса резки заготовок ТХМ на пластины;
-создать базы данных и разработать программу выбора
технологического процесса резки для ЭВМ;
-обосновать критерии выбора режимов формирования режущих
кромок кругов с внутренней режущей кромкой (АКВР) с
композиционной гальванической связкой;
-создать базы данных и программное обеспечение АС выбора оптимальных режимов технологического процесса изготовления режущей кромки кругов АКВР с композиционной гальванической связкой;
-разработать математическую модель технологического процесса
электроосаждения композиционного покрытия «никель -
детонационные наноалмазы» и исследовать микроструктуру
композиционного покрытия в зависимости от концентрации
наноалмазов в электролите и режимов электроосаждения;
-исследовать зависимости глубины нарушенного слоя на
отрезаемых пластинах от способа резки, гранулометрических и
механических характеристик абразива и использовать полученные
результаты при разработке алгоритма выбора оптимального
технологического процесса резки заготовок ТХМ;
-разработать конструкции и техпроцессы изготовления алмазно-
абразивного инструмента с композиционными связками,
предназначенного для практической реализации оптимальных
техпроцессов резки, выбранных с помощью АС.
Научная новизна диссертационной работы заключается в
следующем:
-предложены методика и алгоритм выбора технологического процесса резки слитков на пластины, позволяющие снизить долю этой операции в себестоимости изготовления подложек для твердотельной электроники;
-разработаны методика и алгоритм выбора параметров
технологического процесса изготовления режущей кромки кругов АКВР с композиционными гальваническими связками, позволяющие
производить инструмент с заданными эксплуатационными
характеристиками;
-разработана математическая модель процесса электролитического осаждения никелевых покрытий, модифицированных детонационными наноалмазами, которая позволяет обеспечивать требуемые физико-механические параметры режущих кромок при изготовлении алмазно-абразивного инструмента;
-установлены зависимости протяженности структурно-дефектных слоев отрезаемых пластин полупроводниковых и диэлектрических материалов от гранулометрических и механических характеристик абразива, а также метода резки.
Новизна предложенных технических решений подтверждена патентами РФ №№ 83210, № 115716, №116807, № 116930, № 2545956.
Практическая значимость работы заключается в том, что
основные положения, выводы и рекомендации диссертации
ориентированы на широкое применение разработанных моделей,
алгоритмов, конструкций и технологий для реализации АС
оптимизации технологического процесса резки заготовок ТХМ. Самостоятельное практическое значение имеют:
-программная реализация разработанного алгоритма в рамках АС выбора оптимального технологического процесса резки заготовок ТХМ;
-программная реализация разработанного алгоритма в рамках АС
выбора оптимальных параметров технологического процесса
изготовления режущей кромки кругов АКВР с гальванической связкой;
-модель формирования композиционных гальванических осадков
«никель – детонационные наноалмазы», позволяющая создавать
покрытия с заданными физико-механическими свойствами, и
используемая в АС выбора оптимальных параметров технологического процесса изготовления режущей кромки кругов АКВР с гальванической связкой;
-разработанные конструкции и техпроцессы изготовления алмазно-
абразивного инструмента, предназначенного для практической
реализации техпроцессов резки, выбранных с помощью АС.
Научные положения, выносимые на защиту:
-разработанная АС выбора оптимального метода разделения
слитков полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины;
-разработанная АС, обеспечивающая формирование
композиционных гальванических связок режущих кромок алмазно-
абразивного инструмента с необходимыми эксплуатационными
свойствами
-результаты математического моделирования процесса
электроосаждения композиционного покрытия «никель -
детонационные наноалмазы», позволяющая воспроизводимо
формировать связки инструмента с заданными характеристиками;
-полученные зависимости глубины нарушенного слоя на
отрезаемых пластинах от метода резки, а также гранулометрических и механических характеристик абразива;
-результаты исследования влияния концентрации наноалмазов и
режимов электросаждения на микроструктуру гальванического
композиционного покрытия;
-конструкции и техпроцессы изготовления алмазно-абразивного инструмента с композиционными связками, предназначенного для практической реализации оптимальных техпроцессов резки, выбранных с помощью АС;
Обоснованность и достоверность полученных научных
результатов подтверждается использованием современных методов
исследования, сопоставлением полученных результатов с научными
данными, известными из отечественной и зарубежной литературы,
положительными результатами практического использования
результатов работы, патентами на изобретения и полезные модели, свидетельствами на программы для ЭВМ.
Внедрение результатов работы
Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы:
-в производственной деятельности ООО «НПЦ «Контур»,
применяющего автоматизированную систему выбора оптимальных параметров технологического процесса изготовления режущей кромки кругов АКВР с гальванической связкой при разработке конструкции и техпроцессов изготовления алмазно-абразивного инструмента, а также поставляющего программное обеспечение автоматизированной системы выбора оптимального технологического процесса резки слитков полупроводниковых и диэлектрических материалов на пластины потребителям алмазно-абразивного инструмента с рекомендациями по наиболее эффективной его эксплуатации, что подтверждено актом внедрения;
-в производственной деятельности ООО «Механика» при
разработке конструкции и техпроцессов изготовления алмазно-
абразивного инструмента с композиционной гальванической связкой, а
также поставляющего программное обеспечение автоматизированной
системы выбора оптимального технологического процесса резки
слитков полупроводниковых и диэлектрических материалов на
пластины потребителям алмазно-абразивного инструмента с
рекомендациями по наиболее эффективной его эксплуатации, что подтверждено актом внедрения;
-в производственной деятельности ООО «Объединенные
Беспроводные Технологии» при выполнении НИОКР "Разработка модели процесса электрохимического соосаждения никеля, рабочих алмазов и взвешенных в электролите детонационных наноалмазов" по контракту № 9244р/14948 от 06.05.2011г. с ФГБУ "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере", что подтверждено актом внедрения.
Апробация результатов работы.
Основные положения диссертационного исследования были
представлены на научно-технической конференции студентов,
аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (Москва - 2008г.),
международной научно-практической конференции «Инновационные
информационные технологии» (Прага – 2013г.), международной
научно-практической конференции «Инновации на основе
информационных и коммуникационных технологий» (Сочи – 2013г.), неоднократно обсуждались на семинарах, проводимых научно-техническим советом ООО «Механика», с привлечение компетентных специалистов из сторонних организаций.
По материалам работы опубликованы 22 печатные работы, в том числе, 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК, 5 патентов РФ на изобретения и полезные модели, 2 свидетельства на программы для ЭВМ. Без соавторов опубликовано 12 работ.
Личный вклад автора заключается в выработке основной идеологии работы, разработке автоматизированных систем, получении большинства экспериментальных данных, анализа и их расчетов, участия в обсуждении результатов и написании статей.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений. Список литературы включает 122 отечественных и 54 иностранных источника. Работа содержит 42 рисунка и 11 таблиц. В основном тексте приведены результаты работы и их обоснование; текст программы для ЭВМ,
используемой в разработанной АС оптимизации, и технические
решения по инструментальному обеспечению оптимальных
техпроцессов разделения слитков на пластины вынесены в приложения.