硅晶片抛光加工工艺的实验研究

双面抛光已成为硅晶片的主要后续加方法,但由于需要严格的加工条件,很难获得理想的超光滑表面.设计了硅片双面抛光加工工艺新路线,并在新研制的双面抛光机上对硅晶片进行抛光加工,实验研究了不同加工参数对桂晶片表面粗糙度和材料去除率的影响.采用扫描探针显微镜和激光数字波面干涉仪分别对加工后的硅晶片进行测量,实验结果表明:在优化实验条件下硅晶片可以获得表面粗糙度0.533nm的超光滑表面.     

硅晶片抛光加工工艺的试验研究

双面抛光已成为硅晶片的主要后续加工方法,但由于需要严格的加工条件,很难获得理想的超光滑表面.本文设计了新的硅片双面抛光加工工艺路线,并在新研制的双面抛光机上对硅晶片进行抛光加工,通过试验,研究了不同加工参数对硅晶片表面粗糙度和材料去除率的影响.采用扫描探针显微镜和激光数字波面干涉仪分别对加工后的硅晶片进行测量,试验结果表明:在优化试验条件下硅晶片可以获得表面粗糙度0.533 nm的超光滑表面.     

双面研磨蓝宝石衬底面形及表面粗糙度变化过程的实验研究

双面研磨作为蓝宝石衬底加工中的一道重要工序,主要目的是去除晶片表面的线切痕,使晶片表面粗糙度均匀,同时提高晶片的面形精度,使其满足一定要求。通过开展双面研磨实验,研究蓝宝石晶片的面形精度(翘曲度Warp、弯曲度Bow及总厚度偏差TTV)和表面粗糙度Ra随材料去除厚度的变化规律。在双面研磨初始阶段,翘曲度迅速减小,弯曲度减小趋势较缓,总厚度偏差和表面粗糙度值则迅速增大;随着研磨的进行,翘曲度、总厚度偏差和表面粗糙度随材料去除厚度的增大变化不大,而弯曲度Bow则随材料去除厚度的增大而逐渐减小,达到一定程度后则趋于稳定。研究结果对优化蓝宝石晶片双面研磨加工工艺、提高蓝宝石晶片双面研磨加工精度和加工效率具有重要意义。     

LED用蓝宝石衬底抛光技术进展

蓝宝石单晶衬底具有优秀的物理化学性质,作为LED的主要衬底材料,其晶片表面质量要求非常高,而加工工艺在很大程度上决定了表面质量。对蓝宝石衬底加工的各种工艺原理作简要介绍,如化学机械抛光、磁流变抛光、浮法抛光等,指出这些加工方法的优缺点、发展进程等。目前蓝宝石衬底的抛光质量已经达到:表面粗糙度0.1nm,平面度0.5μm。随着生产工艺的不断进步,数字化、全自动、绿色无污染的抛光工艺是未来蓝宝石衬底加工的发展方向。     

化学机械抛光工艺中的抛光垫

抛光垫是晶片化学机械抛光中决定表面质量的重要辅料。研究了抛光垫对光电子晶体材料抛光质量的影响：硬的抛光垫可提高晶片的平面度;软的抛光垫可改善晶片的表面粗糙度;表面开槽和表面粗糙的抛光垫可提高抛光效率;对抛光垫进行适当的修整可使抛光垫表面粗糙。     

叶片前后缘百页轮抛光工艺参数优化

为改善叶片前后缘的表面质量、提高航空发动机的性能和寿命,对叶片前后缘百页轮抛光工艺进行研究。通过分析前后缘抛光存在的问题,结合砂带百页轮的抛光加工特点,提出前后缘百页轮柔性抛光工艺方法;基于Preston方程对抛光材料去除率进行分析,获得了影响抛光表面粗糙度的主要工艺参数(百页轮粒度、法向力、主轴转速和进给速度);采用响应面法设计抛光加工实验,分析了主要工艺参数及其交互作用对表面粗糙度的影响,建立了主要工艺参数与表面粗糙度的二阶预测模型,并得到最优工艺参数域和最优抛光工艺参数组合。前后缘百页轮抛光实验检测结果表明:前后缘表面质量明显改善,满足表面粗糙度小于Ra0.4μm的质量要求。     

氧化锆陶瓷平面零件超精密研磨实验的研究

针对氧化锆陶瓷平面零件的超光滑表面加工问题,将两种超精密研磨工艺应用到氧化锆零件加工中。研究了研磨液和磨料粒径对零件表面粗糙度的影响,分析了不同加工阶段的材料去除机理,同时发现工件表面孔隙的致密性会降低氧化锆零件的可加工性能,并采用了致密性更好的氧化锆材料在使用相同工艺情况下进行了实验对比。研究结果表明,采用金刚石油膏研磨加工得到了表面粗糙度为12．9nm的超光滑表面,在“采用Al2O3研磨液,并使用SiO：作为抛光工序”的条件下,得到了表面粗糙度为6．55nm的超光滑表面,并且在选用致密性更好材料进行加工后,得到了表面粗糙度为4．72nm的超光滑表面。     

石英晶体精密研磨技术的研究

通过实验，着重讨论了石英晶体的研磨机理及研磨速度，研磨压力和磨粒粒径对试件表面质量和研磨效率的影响，并确定了合理的精密研磨参数选用范围，实验采用修正环型环磨机，加工出表面粗糙度Ｒａｍａｘ０．７μｍ的石英晶体表面，为实现石英晶体的超精密抛光准备了必要的条件。     

抛光液pH值对玻璃超光滑表面完整性影响

为研究抛光液的pH值在精密抛光加工过程中对表面完整性的影响,选取K9玻璃为试件材料,用浮法抛光加工成超光滑表面,使用相同浓度的氢氟酸和氢氧化钠溶液对2个试件进行腐蚀,用原子力显微镜、扫描电镜和纳米硬度计测量作用不同时间段的表面质量,通过对比分析各作用时间段2个试件的表面粗糙度、表面形貌和表层硬度的相似和差异,研究了pH值对超光滑表面完整性的影响,得出在玻璃工件抛光加工中,抛光液为微碱环境有利于提高加工效率和得到高质量的超光滑表面.     

水膜吸附夹持方式在蓝宝石抛光中的可行性研究

针对目前蓝宝石抛光加工中所使用的石蜡粘贴夹持方式和抛光抛光吸附垫吸附夹持方式在抛光质量和成本等方面所存在的问题,提出了水膜吸附夹持方式,对水膜吸附环境下,吸附表面对蓝宝石晶片的法向吸附力和切向吸附力进行了测量,并分别与抛光吸附垫对蓝宝石晶片的法向吸附力和切向吸附力进行了比较,将切向吸附力作为主要评价指标,判断在蓝宝石晶片抛光加工中使用水膜吸附夹持方式的可行性。实验结果表明:单从吸附能力的层面考虑,在蓝宝石晶片抛光加工中使用水膜吸附夹持方式是可行的;45#钢比玻璃更适合作为吸附表面材料;确定吸附表面的粗糙度时应考虑蓝宝石晶片的表面粗糙度。     

碳纤维增强热塑性复合材料超声波焊接研究进展

碳纤维增强热塑性复合材料（Carbon fiber reinforced thermoplastic composite,CFRTP）由于其优越的力学性能、较低的加工成本及可回收性,逐渐成为继铝合金、高强钢之后的新一代轻量化材料。国内外科研机构和材料企业都投入巨资和人力竞相开展相关研究,部分高校、企业已开始探索将CFRTP应用于机身与车身的制造与装配。超声波焊接是最适合焊接热塑性材料的方法之一,也是实现大规模装配CFRTP零部件的关键使能技术之一。从CFRTP超声波焊接基本过程、接头形式、数值模拟、质量监控和异种材料连接五个方面进行分析,系统讨论CFRTP超声波焊接最新研究成果,展望CFRTP超声波焊接中有待解决的共性问题,以期为CFRTP零部件的大规模装配应用提供参考。     

Research on chemo-mechanical grinding of large size quartz glass substrate

Finishing process of quartz glass substrate is meeting great challenges to fulfill the requirements of photomask for photolithography applications. For the final finishing of the substrate surface, chemical mechanical polishing (CMP) is often utilized. Those free abrasive processes are able to offer a great surface roughness, but sacrifice profile accuracy. On the other hand, the fixed abrasive process or grinding is known as a promising solution to improve accuracy of profile geometry, but always introduces damaged layer. Chemo-mechanical grinding (CMG) is potentially emerging defect-free machining process which combines the advantages of fixed abrasive machining and CMP. In order to simultaneously achieve high surface quality and high profile accuracy, CMG process has been applied into machining of large size quartz glass substrates for photomask use. Reported in this paper are CMG performances in finishing of quartz glass substrates including material removal rate (MRR), surface roughness, flatness and optical characteristics.     

超精密加工现状综述

超精密加工是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段.精密光学、机械、电子系统中所用的先进陶瓷或光学玻璃元件通常需要非常高的形状精度和表面精度(如0.1 nm级表面粗糙度)及较小的加工变质层.掌握超精密加工过程中材料去除规律和损伤层特性对提高加工的稳定性与经济性十分重要.对超精密加工中的超精密切削、超精密磨削和超精密研磨抛光技术进行综述,重点介绍各种典型加工方法及其材料去除机理.从加工精度和加工效率角度对上述几类超精密加工方法进行比较,介绍以实现高效精密加工为目的的半固着磨粒加工技术.对超精密加工的发展趋势进行预测.     

核聚变堆用钨表面超精密抛光的研究现状与趋势

钨作为未来核聚变堆中最有前景的面向等离子体材料,在反应堆工况下将承受高能粒子的辐照冲击。表面质量的好坏会直接影响材料的氢/氦滞留行为和辐照损伤程度,进而影响聚变堆的安全性和可靠性。现阶段,针对钨的抗辐照改性研究主要着眼于材料的成分、结构和组织设计,关于机械加工对材料表面抗辐照改性的研究甚少。文章聚焦前沿科学问题,从机械加工角度分析核材料领域科学问题,结合国内外相关研究成果及核聚变堆用钨(PFM-W)的机械加工现状,阐述了PFM-W表面超精密抛光的必要性。通过对比不同抛光方法,提出了磁流变抛光和力流变抛光是较为适合PFM-W表面超精密加工的观点,并对未来PFM-W表面超精密抛光研究趋势进行了分析,重点在抛光方法的探索以及抛光后材料表面质量对抗辐照性能影响的研究。     

纳米CeO2磨料在硅晶片化学机械抛光中的化学作用机制

通过分析化学机械抛光过程中软质层的形成及其作用过程，研究了使用纳米CeO2磨料进行化学机械抛光时化学作用的机制。分析表明，软质层是抛光液与硅晶片反应形成的一层覆盖在基体表面的腐蚀层，其硬度比基材小，厚度在几个纳米左右。软质层的存在一方面增大单个磨料的去除体积，增加材料去除速率；另一方面能减小磨料嵌入硅晶片基体的深度，这对于实现担性磨削，降低抛光表面粗糙度，提高抛光质量，以及改善抛光效果都有着重要的作用。     

CMP behavior of alumina/metatitanic acid core–shell abrasives on sapphire substrates

The abrasive is one of the important influencing factors during the chemical mechanical polishing (CMP) process. Although α-alumina is one of the most commonly used sapphire polishing abrasives due to its high hardness, it often results in surface damage. To receive lower surface roughness and high material removal rate, a common approach is to modify the surface of alumina. In this work, a series of alumina/metatitanic acid composite abrasives with core–shell structure were synthesized. The CMP performances of the pure alumina and alumina/metatitanic acid core–shell abrasives on sapphire substrates were investigated after polishing under the same conditions. Experimental results indicate that the alumina/metatitanic acid core–shell abrasives can not only improve the surface quality, but also further enhance the material removal rate. Furthermore, through the X-ray photoelectron spectroscopy test, this study investigated the chemical effect mechanism of the alumina/metatitanic acid core–shell abrasives in sapphire CMP. The results show that solid-state chemical reactions occur between metatitanic acid shell and sapphire surface during CMP process. We also investigated the mechanical friction mechanism through abrasive wear and adhesive wear.     

超声波精细雾化抛光石英玻璃的抛光液研制*

为了配制适用于JGS1光学石英玻璃超声波精细雾化抛光的特种抛光液,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,设计正交试验探究抛光液中各组分含量对雾化抛光效果的影响,并对材料去除机制进行简要分析。结果表明：各因素对材料去除率的影响程度由大到小分别为SiO2、pH值、络合剂、助溶剂和表面活性剂,对表面粗糙度影响程度的顺序为SiO2、表面活性剂、pH值、助溶剂和络合剂;当磨料SiO2质量分数为19%,络合剂柠檬酸质量分数为1.4%,助溶剂碳酸胍质量分数为0.2%,表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮质量分数为0.9%,pH值为11时,雾化抛光效果最好,材料去除率为169.5 nm/min,表面粗糙度为0.73 nm;去除过程中石英玻璃在碱性环境下与抛光液发生化学反应,生成低于本体硬度的软质层,易于通过磨粒机械作用去除。使用该抛光液进行传统化学机械抛光和雾化化学机械抛光,比较两者的抛光效果。结果表明：两者抛光效果接近,但超声雾化方式抛光液用量少,仅为传统抛光方式的1/7。     

石英玻璃的化学机械磨削加工

为了实现石英玻璃基板的高效、高质量加工,进一步改善光掩模设备的性能,进行了石英玻璃化学机械磨削(CMG)加工技术的研究。通过在磨削过程中主动增强磨粒、结合剂以及磨削液与工件的化学反应,并使化学反应与机械去除作用形成动态平衡,从而消除因材料脆性去除而造成的表面损伤等,实现了大口径玻璃工件的高表面质量、高形状精度的加工。针对石英玻璃CMG加工的特点,开发了CMG专用砂轮及磨削液,利用正交实验法优化了石英玻璃CMG加工工艺参数,分析了CMG加工过程中磨削压力、砂轮转速、磨削液流量、pH值等因素对加工表面粗糙度及加工效率的影响,并利用优化后的工艺参数加工得到了Ra为0.795nm的石英玻璃表面。加工后基板的光学性能和化学机械抛光(CMP)加工基板的光学性能相同,能够满足光掩模设备的性能需求。     

Research on unbounded abrasive polishing process with assisted ultrasonic vibration of workpiece

Ultrasonic-assisted machining was an effective method to improve the material removal quality especially to difficult-to-cut metal materials. The ultrasonic vibration was usually superimposed on the machining tool but seldom on the workpiece, although the ultrasonic vibration of workpiece could improve the processability of material more effectively. In this paper, a rectangle hexahedron ultrasonic sonotrode with optimized slots was developed as a platform to realize the assisted ultrasonic vibration of workpiece and the ultrasonic-assisted polishing process of austenitic stainless steel was also studied. The unbounded abrasive was selected as polishing medium, and the path compensation strategy of soft polishing tool was carried out for getting uniform polishing force. The orthogonal experiments were designed to study the optimization of ultrasonic polishing parameters and the relation between different types of ultrasonic polishing path and polishing quality. The results appear that the horizontal ultrasonic vibration of workpiece can reduce polishing force and improve polished surface roughness, which can also reinforce the proportion of plastic shear effect in the material removal process. The ultrasonic polishing path keeping consistent with workpiece vibration direction can get more uniform polishing force and better surface roughness. And the 45° oblique crossing ultrasonic path can get the maximum average polishing force reduction by 75.2 %.