单晶硅微细铣削表面粗糙度预测模型及实验研究*

许顺杰,曹自洋,王浩杰

(苏州科技大学 a.机械工程学院；b.苏州市高效与精密加工技术重点实验室，江苏 苏州 215009)

0 引言

单晶硅是一种硬脆材料[1]，由于其有着出色的半导电性，从而被广泛地应用于微电子领域[2]。目前，增材制造无法普遍适用于晶体材料的加工，因此减材制造，如：光刻技术、化学蚀刻，被使用于MEMS半导体行业[3-5]，但是此类加工方式仅能加工平面2维或2.5维结构[6-7]。相比之下，微细铣削能够制造出特征尺寸几十微米到几百微米数量级的3维微结构，同时具有高精度、高表面光洁度，且机械加工方式安装简单[8]，相较于光刻机其设备成本低。

常温下，单晶硅属于脆性材料，加工时主要以崩碎的形式去除材料，只有在合适的切削参数条件下才能减少破损、降低表面粗糙度，从而提高加工表面质量[9-11]。Choong Z J等[6]通过对力、表面形貌和边缘质量进行试验测量，优化微铣削单晶硅的加工质量；Dehong H等[12]采用方差分析的方式，进一步分析了切削速度Vc、进给量f和轴向切削深度ap等切削参数的影响规律,从而确定了这些因素对铣削单晶硅表面粗糙度的影响；周云光等[13]利用微磨削技术手段，通过单晶硅表面粗糙度的数值分析，优化了磨削工艺参数；Liu B等[14]研究了单晶硅在脆性、延性模式下的材料去除过程，研究表明在延性模式下的切削表面有更少的裂纹和破损，表面质量更好。虽然国内外学者对单晶硅表面质量进行了很多方面的研究，但是由于单晶硅是一种硬脆材料，针对其表面粗糙度的预测模型不易建立和验证。……