多线电火花线切割加工装置设计及实验研究

摘要

SiCp/Al复合材料由于具有优良的热学及力学性能，在电子封装领域显示出巨大的应用前景。SiCp/Al复合材料作为电子封装材料加工过程中一个很重要的工艺就是切片，以作为半导体材料衬底或基片。切片工艺用的最多的是多线切割技术，其本质上是一种磨削加工。电火花线切割加工技术也是一种可行的切片方法，由于它是一种非接触加工，没有直接的切削力，它能避免多线切割机切片表面的划痕，损伤层厚度较小，并且能减小切缝损失，另外设备成本低，但是电火花线切割加工一次只能切割出一片切片，加工效率远不及多线切割机，为了提高电火花线切割加工的切片效率，本文对SiCp/Al复合材料的多线电火花线切割切片加工技术进行了研究。
　　首先，对多线电火花线切割运丝系统进行了详细设计与分析。确定了三线辊的绕丝方案。确定了单储丝筒布置方式的总体设计方案，对运丝系统各部分的主要零部件进行了设计，主要包括多槽导轮及其组件的设计，支撑夹具体的设计，还对进电方式进行了比较选择。在设计的基础上对零部件进行了结构分析、敏感度分析以及优化设计。为了确定所设计的运丝系统在理论上是否可以正常运转，还对其进行了运动学分析。
　　然后，分析并通过实验验证了所设计的多线运丝系统稳定运转、稳定放电以及持续稳定切割的可行性。在此基础上，对多线电火花线切割的放电特性进行了研究。通过加工效率实验表明，同等加工条件下，多线切割的效率高于单线切割的效率，为了掌握多线电火花切割的参数选择规律，特别是电参数，本文还对电参数对多线电火花线切割主要工艺指标的影响进行了实验研究，主要研究了脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲峰值电流等电参数对材料去除率、切缝宽度、表面质量的影响规律。
　　之后，利用多线电火花线切割加工技术对SiCp/Al复合材料的切片加工进行了实验研究。首先研究了SiCp/Al复合材料电火花线切割加工的蚀除特性，增强相SiC颗粒的加入，使得加工时放电通道的形成受到了阻碍，从而使加工过程很不稳定，表现为开路、短路、拉弧现象普遍存在；通过对加工后的SiCp/Al复合材料的表面形貌进行观察分析，得出了其材料蚀除形式主要有基体材料的熔化、气化，增强颗粒的整体剥落这两种形式。对SiCp/Al复合材料与Al进行加工对比实验得出Al的加工效率远高于SiCp/Al复合材料的加工效率，而Al加工后的表面质量比SiCp/Al复合材料的差，并从能量的角度对产生这种现象的原因进行了分析。
　　另外，还对SiCp/Al复合材料的可变厚度切割进行了研究，提出了斜线插补角的概念，斜线插补进给能使SiCp/Al复合材料的切片厚度变薄，并且可以通过控制斜线插补角来控制切片的厚度，切片的厚度与斜线插补角之间是一种余弦关系，并且通过实验验证了该理论，从而使得 SiCp/Al复合材料的切片加工厚度可变；按照这个规律利用多线电火花线切割切出了厚度为120.5μm的SiCp/Al复合材料薄片。
　　最后，分别利用双线、三线、四线、五线电火花线切割切割出了完整的SiCp/Al切片，切片尺寸为40mm×40mm，并且切片的厚度的一致性以及表面质量的一致性都达到了预定的要求。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 多线电火花线切割加工技术研究现状

1.3 SiCp/Al复合材料切片加工技术概况

1.4 SiCp/Al复合材料电火花加工研究现状

1.5 课题主要研究内容

第2章 多线电火花线切割运丝装置设计与分析

2.1 多线电火花线切割运丝装置总体方案设计

2.2 多线电火花线切割运丝装置主要零部件设计

2.3 零部件结构分析、敏感度分析及优化设计

2.4 多线电火花线切割运丝机构运动学分析

2.5 本章小结

第3章 多线电火花线切割加工工艺规律研究

3.1 多线电火花线切割可行性实验验证

3.2 多线电火花线切割放电特性研究

3.3 多线电火花线切割加工效率实验

3.4 电参数对多线电火花线切割主要工艺指标的影响

3.5 本章小结

第4章 SiCp/Al多线电火花线切割切片实验研究

4.1 SiCp/Al复合材料电火花线切割加工工艺研究

4.2 SiCp/Al斜线插补可变厚度多线电火花线切割研究

4.3 SiCp/Al复合材料多线电火花完整切割

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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