钨合金超声椭圆振动切削表面完整性研究

目的 研究钨合金超声椭圆振动切削表面完整性的变化规律,为实现钨合金高表面完整性加工提供理论基础.方法 设计单因素试验,采用单晶金刚石刀具开展钨合金超声椭圆振动切削试验,并与普通切削进行对比,研究不同切削深度下超声椭圆振动对工件表面形貌、表面粗糙度、微观组织、位错密度、显微硬度以及表面残余应力的影响.结果 普通切削或超声椭圆振动切削后,工件表面的位错密度、显微硬度以及残余应力均随着切削深度的增加而增大,且亚表面的晶粒都发生了一定程度的塑性变形,并出现了晶粒细化.与普通切削相比,超声椭圆振动切削可以有效抑制加工过程中鳞刺和犁沟的产生,改善表面粗糙度;工件表面会产生更高的硬化程度、残余压应力和位错密度,位错密度的量级在108 mm–2;亚表面的变质层厚度更小.结论 相比于普通切削,超声椭圆振动切削可以降低表面粗糙度,增大表面残余压应力,提高工件表面完整性.     

单晶MgO微观力学行为和磨粒加工表面层损伤

通过纳米压痕、微压痕和微划痕试验,研究了单晶MgO不同晶面的的纳米力学性能以及微观变形和损伤特征。根据加载条件的不同,单晶MgO会发生:弹性变形、弹塑性变形、蠕变变形、微裂纹和微破碎。弹性变形时的纳米压痕力-位移曲线符合赫兹弹性接触理论,其变形在卸载后可完全恢复;塑性变形时MgO在{110}易滑移晶面系内位错形核和滑移的结果。     

工件旋转磨削磨粒切深解析模型分析

硬脆材料超精密磨削时的表面/亚表面损伤很大程度上由磨粒切削深度决定。为更好地仿真预测磨粒的切削深度,基于现有模型和实验结果之间的差异,分析预测切深偏小的问题。结合磨粒数偏差分析和单磨粒划擦实验结果,修正现有模型;修正后的有效磨粒数和表面粗糙度,虽然更贴近,但仍不能吻合实验结果。提出其他可能影响仿真结果的因素,如磨粒刃圆半径、最小切屑厚度等,为进一步完善仿真过程提供参考,以助于磨削工艺的开发和优化。      

基于磨粒运动轨迹的硅片化学机械抛光材料去率研究

硅片化学机械抛光（CMP）是机械作用与化学作用相结合的技术,硅片表面的化学反应层主要是由抛光液中磨料的机械作用去除,磨粒对硅片表面的摩擦和划擦对硅片表面材料的去除起着重要作用。磨粒在硅片表面上的划痕长度直接影响硅片表面的材料去除率。本文首先在实验结果的基础上分析了硅片CMP过程中磨粒的分布形式,然后根据运动学和接触力学理论,分析了硅片、磨粒及抛光垫三者之间的运动关系,根据磨粒在硅片表面上的运动轨迹长度,得出了材料去除率与抛光速度之间的关系,该分析结果与实验结果一致,研究结果可为进一步理解硅片CMP的材料去除机理提供理论指导。     

一种面向化学机械抛光终点检测系统的信号处理方法

提出了一种针对基于摩擦的化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,CMP）终点检测系统的信号处理方法。该信号处理方法采用小波阈值去噪的方法去除包含在原始测量信号中的噪声;从去噪后的信号中提取卡尔曼滤波新息作为特征信号;根据CMP过程中卡尔曼滤波新息的特征来判断何时达到CMP终点。应用该信号处理方法,进行了铜CMP过程的终点检测试验。试验结果表明,该信号处理方法可以判断出铜CMP过程的终点。     

基于八叉树的复杂曲面测量路径规划

针对异形天线罩复杂曲面的测量加工一体化加工方法中,存在测量复杂曲面时测杆与工件易发生干涉,使得数控编程困难的问题,提出了一种复杂曲面测量路径规划方法。该方法将机床测量系统离散为点云数据,通过点云的空间坐标变换来模拟数控测量时测杆与工件的位置关系,同时引入八叉树算法为点云增加拓扑关系,并检测测杆点云与工件点云之间是否发生干涉。最终将无干涉测量状态下的测量系统信息输出为G代码,通过Vericut软件进行轨迹仿真。文中对8 504个测量点进行测量路径规划,结果表明,测量路径均可以避开干涉位置进行有效地测量。该碰撞检测算法可以在满足测量要求的前提下准确地实现复杂曲面的测量路径规划,为复杂曲面的测量方法提供理论指导。     

新一代半导体材料氧化镓单晶的制备方法及其超精密加工技术研究进展

氧化镓(β-Ga2O3)单晶是继碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)之后,制造超高压功率器件、深紫外光电子器件、高亮度LED等高性能半导体器件的新一代半导体材料,大尺寸低缺陷氧化镓单晶的制备方法以及高表面质量氧化镓晶片的超精密加工技术是实现氧化镓半导体器件工业应用的瓶颈之一.针对易产生结构缺陷的氧化镓单晶的制备,系统阐述焰熔法、提拉法、光浮区法、导模法、布里奇曼法等氧化镓单晶制备方法的国内外研究进展,通过对比不同方法制备氧化镓单晶的晶体生长速度、晶体尺寸和内部缺陷等,分析不同制备方法的优缺点,指出大尺寸低缺陷氧化镓单晶制备方法的未来发展趋势;针对硬度高、脆性大、各向异性大、极易解理破碎的氧化镓晶片的超精密加工技术,详细介绍国内外在超精密加工氧化镓晶片的表面材料去除机理、亚表面损伤产生机理与演变规律,以及氧化镓晶片超精密磨削、研磨和抛光工艺等方面的研究进展,分析氧化镓晶片在加工过程中极易解理破碎的原因和目前采用游离磨料研磨工艺加工氧化镓晶片的局限性,提出未来实现大尺寸氧化镓晶片高效率高表面质量加工的工艺方法.分析表明,在氧化镓单晶制备方面,导模法将是未来批量化制备大尺寸低缺陷氧化镓单晶的最佳方法,但生长过程中气氛的选择与调控、不同缺陷的产生机理与抑制方法以及p型氧化镓单晶的掺杂方法等问题亟需解决.在氧化镓晶片超精密加工方面,基于工件旋转磨削原理的金刚石砂轮超精密磨削技术将是实现大尺寸氧化镓晶片高效高表面质量加工的有效方法,但氧化镓单晶延性域去除和解理破碎的临界磨削条件、表面质量和加工效率约束下的砂轮参数和磨削参数的选择等问题还亟待系统研究,才能为氧化镓晶片的超精密磨削加工提供理论指导.     

多级粗糙表面对抛光液微流动影响的数值分析

由于特征线宽的进一步细微化,超大规模集成电路的进一步发展受到平坦化技术发展水平的制约.抛光液流动性能是影响平坦化加工性能和效率的重要因素之一,为增强抛光液的流动性,在抛光垫表面增加沟槽是有效的技术手段.以带沟槽抛光垫多级粗糙表面的抛光液微流动为研究对象,采用多级粗糙表面计算机模拟生成技术和计算流体动力学新方法格子Bol...     

Model analysis and experimental investigation of the friction torque during the CMP process

A model for calculating friction torque during the chemical mechanical polishing(CMP) process is presented,and the friction force and torque detection experiments during the CMP process are carried out to verify the model.The results show that the model can well describe the feature of friction torque during CMP processing. The research results provide a theoretical foundation for the CMP endpoint detection method based on the change of the torque of the polishing head rotational spindle.