晶圆切割刀片基体应力状况激光冲击波调整技术基础研究

摘要

5B05铝合金广泛用作集成电路晶圆切割刀片材料,对其表面残余应力有较严格的要求。传统生产工艺因工件表面残余应力不能满足要求往往导致大量刀片半成品报废,寻求表面残余应力调整新技术对晶圆切割刀片生产具有重要的理论意义与工程价值。本文开展激光冲击波调整晶圆切割刀片基体(5B05铝合金)表面残余应力主应力状态基础研究,从以下几个方面进行了深入研究和探讨:
　　 首先,阐述了激光诱导等离子体冲击波产生机理,初步分析了影响激光冲击波的工艺因素,提出了激光冲击波调整表面残余应力的技术思想。
　　 其次,阐述了X射线衍射应力检测残余应力场的基本原理,分析了激光冲击波诱导残余应力场的形成过程,结合平面应力状态下单元体应力应变模型和二向应力解析法,建立了残余应力主应力测试方法,推导了主应力计算公式。
　　 在此基础上,对5B05铝合金表面的残余应力主应力状态进行实验研究。用X射线应力测定仪对试样进行了三个方向残余应力的测量,将计算结果与实验结果进行对比,验证了主应力计算公式的可靠性和可行性,研究表明,该方法可全面地表征表面应力状态,并能有效提高检测精度与检测效率。
　　 最后,开展了激光冲击波调整表面残余应力(主应力)状态的模拟仿真与实验研究。以ABAQUS为平台,建立了激光冲击5B05铝合金的有限元分析模型,阐述了激光冲击强化数值模拟的有限元理论基础,讨论了建模过程中的几个关键问题,分析了模拟得到的冲击波的传播和残余应力场的分布情况,研究了激光功率密度、光斑直径、冲击次数等冲击工艺参数对冲击强化后残余应力主应力状态的影响,对比残余应力场主应力状态的实验与数值模拟结果,两者取得了较好的一致。

目录

文摘

英文文摘

图目录

表目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 本领域研究状况

1.2.1 激光冲击波技术

1.2.2 残余应力检测技术

1.3 本文主要研究内容

第二章 激光冲击波形成机理及影响因素分析

2.1 激光诱导等离子体冲击波产生机理

2.1.1 激光与材料相互作用的典型物理过程

2.1.2 激光冲击波产生过程

2.2 激光冲击波影响因素分析

2.2.1 激光束参数

2.2.2 约束层和能量吸收层参数

2.2.3 激光冲击工艺参数

2.3 激光冲击波调整表面残余应力技术思想

2.4 本章小结

第三章 激光冲击波诱导的残余应力场的分析及测试方法

3.1 激光冲击波诱导残余应力场的形成过程

3.1.1 激光冲击波的力学效应

3.1.2 残余应力场的形成过程

3.2 X射线衍射应力检测残余应力场

3.2.1 X射线衍射应力分析的基本原理

3.2.2 X射线衍射应力分析的sin2ψ法

3.3 表面平面应力状态中主应力大小和方向的测定方法

3.3.1 主应力及应力状态的分类

3.3.2 二向应力状态分析-解析法

3.3.3 二向应力解析法在残余应力检测方面的应用

3.4 本章小结

第四章 5B05铝合金表面残余应力主应力状态实验研究

4.1 材料表面主应力状态测定实验

4.1.1 试样材料

4.2.2 实验装置

4.2.3 实验方案设计

4.2.4 实验结果及分析

4.3 激光冲击5B05铝合金表面残余应力主应力状态实验研究

4.3.1 试样材料

4.3.2 实验装置

4.3.3 实验方案设计

4.3.4 实验结果及分析

4.4 本章小结

第五章 激光冲击波调整5B05铝合金表面残余应力(主应力)状态的模拟仿真与实验研究

5.1 有限元理论基础

5.2 ABAQUS有限元软件简介及模块组成

5.2.1 ABAQUS有限元软件简介

5.2.2 ABAQUS分析模块的组成

5.3 有限元模型的建立

5.3.1 激光冲击过程有限元分析模块的选择

5.3.2 材料本构模型的选择

5.3.3 材料参数定义

5.3.4 冲击波压力的加载

5.3.5 网格划分及单元选择

5.3.6 边界条件的定义

5.3.7 求解控制

5.4 残余应力场的模拟结果

5.5 激光冲击工艺参数调整5B05铝合金表面残余应力的模拟与实验研究

5.5.1 激光冲击参数对残余应力场影响的数值模拟

5.5.2 激光冲击参数调整表面残余应力场实验及与模拟结果对比分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1.总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读研究生期间发表的论文与研究成果