英文摘要……………………………………………………………………… I 中文摘要……………………………………………………………………… II 誌謝 ……………………………………………………………………… III 目錄 ……………………………………………………………………… IV 圖目錄 ……………………………………………………………………… VII 表目錄 ……………………………………………………………………… X 第一章 簡介…………………………………………………………… 1 1-1 研究背景…………………………………………………………… 1 1-2 鑽石線鋸…………………………………………………………… 7 1-3 問題描述…………………………………………………………… 12 第二章 文獻回顧……………………………………………………… 14 第三章 實驗設備與規劃……………………………………………… 22 3-1 實驗設備…………………………………………………………… 23 3-2 實驗耗材…………………………………………………………… 27 3-3 實驗規劃…………………………………………………………… 28 第四章 加工參數對矽試片材料移除率及表面粗糙度的影響……… 31 4-1 加工參數對加工效率的影響……………………………………… 31 4-1-1 量化方式…………………………………………………………… 32 4-1-2 單顆磨粒對材料移除之理論模型………………………………… 32 4-2 進給速率對加工效率的影響……………………………………… 36 4-2-1 不含添加物鑽石線鋸線進給速率與材料移除率關係…………… 36 4-2-2 含銅添加物鑽石線鋸線進給速率與材料移除率關係…………… 37 4-2-3 含鎳添加物鑽石線鋸線進給速率與材料移除率關係…………… 38 4-2-4 小節結論…………………………………………………………… 38 4-3 加入搖擺動作(Rocking Motion)對加工效率的影響……………… 41 4-3-1 不含添加物鑽石線鋸加入搖擺動作與材料移除率關係………… 43 4-3-2 含銅添加物鑽石線鋸加入搖擺動作與材料移除率關係………… 44 4-3-3 含鎳添加物鑽石線鋸加入搖擺動作與材料移除率關係………… 44 4-3-4 小節結論…………………………………………………………… 45 4-4 搖擺動作對加工效率影響之結論………………………………… 46 4-5 加入搖擺動作對表面粗糙度的影響……………………………… 49 4-5-1 量化方式…………………………………………………………… 49 4-5-2 不含添加物鑽石線鋸線加入搖擺動作與表面粗糙度關係……… 50 4-5-3 含銅添加物鑽石線鋸線加入搖擺動作與表面粗糙度關係……… 51 4-5-4 含鎳添加物鑽石線鋸線加入搖擺動作與表面粗糙度關係……… 53 4-6 搖擺動作對矽試片表面粗糙度影響之結論……………………… 54 第五章 加工參數對矽試片磨耗完畢所需時間的影響……………… 56 5-1 加工參數對鋸線磨耗的影響…………………………………………… 56 5-1-1 量化方式…………………………………………………………… 56 5-1-2 微觀對鋸線磨秏進行觀察………………………………………… 57 5-2 線速度對鋸線磨秏的影響………………………………………… 61 5-2-1 不含添加物鑽石線鋸線速度與磨耗完畢關係…………………… 61 5-2-2 含銅添加物鑽石線鋸線速度與磨耗完畢關係…………………… 62 5-2-3 含鎳添加物鑽石線鋸線速度磨耗完畢關係……………………… 63 5-2-4 小節結論…………………………………………………………… 63 5-3 進給速率對鋸線磨秏的影響……………………………………… 65 5-3-1 不含添加物鑽石線鋸進給速率與磨耗完畢關係………………… 67 5-3-2 含銅添加物鑽石線鋸進給速率與磨耗完畢關係………………… 68 5-3-3 含鎳添加物鑽石線鋸進給速率與磨耗完畢關係………………… 68 5-3-4 小節結論…………………………………………………………… 69 5-4 以水做切削液對鋸線磨秏的影響………………………………… 70 5-4-1 不含添加物鑽石線鋸加入切削液與磨耗完畢關係……………… 72 5-4-2 含銅添加物鑽石線鋸加入切削液與磨耗完畢關係……………… 73 5-4-3 含鎳添加物鑽石線鋸加入切削液與磨耗完畢關係……………… 73 5-4-4 小節結論…………………………………………………………… 74 5-5 加入搖擺動作對鋸線磨秏的影響………………………………… 75 5-5-1 不含添加物鑽石線鋸加入搖擺動作與磨耗完畢關係…………… 75 5-5-2 含銅添加物鑽石線鋸加入搖擺動作與磨耗完畢關係…………… 76 5-5-3 含鎳添加物鑽石線鋸進給速率與磨耗完畢關係………………… 76 5-5-4 小節結論…………………………………………………………… 77 5-5 固定磨粒鑽石線鋸壽命預測……………………………………… 78 第六章 結論與未來展望……………………………………………… 84 6-1 結論…………………………………………………………………… 84 6-2 未來展望……………………………………………………………… 86 圖 目 錄 頁次 圖1-1 內圓鋸片示意圖…………………………………………………… 3 圖1-2 游離線鋸(上圖)與固定磨粒線鋸(下圖)示意圖…………………… 4 圖1-3 複線式線鋸鋸切晶棒……………………………………………… 6 圖1-4 硬焊、電鍍、樹脂鑽石線鋸微觀上鑽石間的關係……………… 11 圖2-1 磨削三階段圖與切深示意圖……………………………………… 14 圖2-2 複式線鋸示意圖…………………………………………………… 15 圖2-3 扭矩強度實驗方法………………………………………………… 16 圖2-4 樣品所含添加物…………………………………………………… 16 圖2-5 樣品所含添加物…………………………………………………… 17 圖2-6 磨耗測試結果以及磨耗分類……………………………………… 17 圖2-7 擺蕩動作維持固定接觸長度示意圖……………………………… 18 圖2-8 即時線上感測器示意圖…………………………………………… 18 圖2-9 切削體積與時間關係圖…………………………………………… 19 圖2-10 硬焊鑽石線鋸示意圖……………………………………………… 20 圖2-11 加工參數與工件表面粗糙度關係………………………………… 20 圖2-12 兩種不同形式的切屑進行切屑觀察……………………………… 21 圖2-13 加工參數對品質特性影響結果表………………………………… 21 圖 3-1 鑽石線鋸試驗機…………………………………………………… 23 圖 3-2 進給機構…………………………………………………………… 24 圖 3-3 捲線機構…………………………………………………………… 24 圖 3-4 擺蕩機構…………………………………………………………… 25 圖 3-5 掃描式電子顯微鏡………………………………………………… 25 圖3-6 表面粗糙儀………………………………………………………… 26 圖3-7 實驗流程圖 圖4-1 單顆鑽石磨粒對材料去除示意圖(一) …………………………… 32 圖4-2 單顆鑽石磨粒對材料去除示意圖(二) …………………………… 33 圖4-3 線速度對切深的關係圖…………………………………………… 35 圖4-4 進給速率對切深的關係圖………………………………………… 35 圖4-5 不含添加物樹脂燒結鑽石線鋸進給速率與材料移除率關係圖… 37 圖4-6 含銅添加物樹脂燒結鑽石線鋸進給速率與材料移除率關係圖… 37 圖4-7 含鎳添加物樹脂燒結鑽石線鋸進給速率與材料移除率關係圖… 38 圖4-8 三種鋸線進給速率和材料移除率關係圖………………………… 38 圖4-9 鋸線切割4吋晶棒示意圖………………………………………… 40 圖4-10 加入搖擺動作進行切割示意圖…………………………………… 41 圖4-11 不含添加物加入搖擺動作後進給速率與材料移除率的關係圖… 43 圖4-12 含銅添加物加入搖擺動作後進給速率與材料移除率的關係圖… 44 圖4-13 含鎳添加物加入搖擺動作後進給速率與材料移除率的關係圖… 45 圖4-14 含銅添加物加入搖擺動作對材料移除率關係圖………………… 46 圖4-15 加入搖擺動作進給速率對材料移除率關係圖…………………… 47 圖4-16 各種添加物鋸線加工時材料移除率比較圖……………………… 48 圖4-17 中心線平均粗糙度………………………………………………… 49 圖4-18 不含添加物沒有加入搖擺動作矽試片2D表面輪廓圖…………… 50 圖4-19 不含添加物加入搖擺動作矽試片2D表面輪廓圖………………… 51 圖4-20 含銅添加物沒有加入搖擺動作矽試片2D表面輪廓圖…………… 52 圖4-21 含銅添加物加入搖擺動作矽試片2D表面輪廓圖………………… 52 圖4-22 含鎳添加物沒有加入搖擺動作矽試片2D表面輪廓圖…………… 53 圖4-23 含鎳添加物加入搖擺動作矽試片2D表面輪廓圖………………… 54 圖4-24 各種添加物鋸線加工後矽試片表面粗糙度比較圖……………… 55 圖5-1 不含添加物固定磨粒鑽石線鋸650倍SEM圖…………………… 57 圖5-2 含銅添加物固定磨粒鑽石線鋸650倍SEM圖…………………… 58 圖5-3 含鎳添加物固定磨粒鑽石線鋸650倍SEM圖…………………… 58 圖5-4 10分鐘後不含添加物固定磨粒鑽石線鋸SEM圖………………… 59 圖5-5 30分鐘後含銅添加物固定磨粒鑽石線鋸SEM圖………………… 59 圖5-6 10分鐘後含鎳添加物固定磨粒鑽石線鋸SEM圖………………… 60 圖5-7 呈裸線狀態磨耗完畢鑽石線鋸SEM圖…………………………… 60 圖5-8a 線速度和磨耗完畢時間關係圖(a) ………………………………… 62 圖5-8b 線速度和磨耗完畢時間關係圖(b) ………………………………… 62 圖5-8c 線速度和磨耗完畢時間關係圖(c) ………………………………… 63 圖5-9 線鋸受力圖………………………………………………………… 65 圖5-10 線鋸受力圖(2) ……………………………………………………… 66 圖5-11a 線速度和磨耗完畢時間關係圖(a) ………………………………… 67 圖5-11b 線速度和磨耗完畢時間關係圖(b) ………………………………… 68 圖5-11c 線速度和磨耗完畢時間關係圖(c) ………………………………… 69 圖5-12 有加切削液之線鋸加工後表面型態……………………………… 70 圖5-13 沒有加切削液之線鋸表面型態…………………………………… 71 圖5-14a 切削液和磨耗完畢時間關係圖(a) ………………………………… 72 圖5-14b 切削液和磨耗完畢時間關係圖(b) ………………………………… 73 圖5-14c 切削液和磨耗完畢時間關係圖(c) ………………………………… 74 圖5-15a 加入搖擺動作和磨耗完畢時間關係圖(a) ………………………… 75 圖5-15b 加入搖擺動作和磨耗完畢時間關係圖(b) ………………………… 76 圖5-15c 線速度和磨耗完畢時間關係圖(c) ………………………………… 77 圖5-16 三種鋸線線速度和磨耗完畢時間關係圖………………………… 78 圖5-17 三種鋸線進給速率和磨耗完畢時間關係圖……………………… 80 圖5-18 30分鐘後固定磨粒鑽石線鋸單面磨耗SEM圖………………… 83 表 目 錄 頁次 表1-1 三種固定磨粒之比較……………………………………………… 11 表3-1 掃描式電子顯微鏡規格表………………………………………… 26 表3-2 鑽石線鋸的規格…………………………………………………… 27 表3-3 參數及範圍選定…………………………………………………… 28