剪切增稠抛光的材料去除数学模型

提出一种基于非牛顿幂律流体剪切增稠效应的新型抛光方法——剪切增稠抛光(Shear thickening polishing,STP),通过对剪切弹性层理论的研究,推导出剪切增稠抛光中非牛顿幂律流体与工件之间的剪切弹性层最小厚度方程。在此基础上,根据Preston方程,建立加工过程中的材料去除数学模型。当流速U一定时,非牛顿剪切增稠幂律流体相对于牛顿流体或剪切稀化流体能够使得加工获得更高的材料去除率(Material removal rate,MRR),随着黏性指数n的不断增加,MRR会进一步增大。当黏性指数n和稠度系数K分别为2和0.32时,随着U的增大,MRR呈现幂函数增长趋势,说明增大流速,有利于提高加工效率。在STP加工系统上进行f20 mm的GCr15轴承钢圆柱工件的加工试验,经过90 min的STP后,表面粗糙度由R_a 105.95 nm降至R_a 5.99 nm,MRR达到2.1μm/h。MRR理论值与试验值之间的相对误差仅为6.12%,试验结果证明所建MRR模型具有一定的有效性。     

ULSI化学机械抛光(CMP)材料去除机制模型

CMP已成为IC制造中的关键工艺之一,相关机制模型的研究是当前CMP的热点。综述了考虑抛光液的流动、抛光垫的弹性和硬度、研磨颗粒的大小和硬度等不同因素的机制模型,并对基于不同假设的模型作了分析和比较。最后对CMP模型未来的发展和研究方向提出了展望。     

磁场分布对多磨头磁流变抛光材料去除的影响

为研究磁场分布对材料去除的影响,设计轴向充磁异向排布、轴向充磁同向排布、径向充磁异向排布、径向充磁同向排布4种磁铁充磁和排布方式,利用有限元软件Maxwell仿真不同磁场的磁力线分布及抛光轮表面的磁感应强度分布,并采用数字特斯拉计测量实际磁感应强度。对单晶硅基片进行定点抛光试验,检测抛光斑沿抛光轮轴向的去除轮廓及峰值点的表面形貌。仿真和实际磁感应强度检测结果表明,不同磁场分布方式对抛光区的磁场分布有很大影响,磁铁轴向充磁同向排布与径向充磁异向排布时,具有较高的磁场强度和较好的多磨头效果。定点抛光试验表明,采用轴向充磁同向排布与径向充磁异向排布这两种方式时,能实现多点加工,其中轴向充磁同向排布时加工效率较高;但采用径向充磁同向排布时,由于抛光区磁感应强度较低,磁流变微磨头无法对工件进行有效地抛光。峰值点表面形貌检测结果表明,采用不同磁场分布方式时,对工件表面均是以塑性去除方式去除。研究表明,通过优化磁铁充磁和排布方式,可实现多磨头磁流变抛光的加工原理。     

基于修正Preston方程的百页轮抛光材料去除深度建模

由于百页轮具有一定的柔性,故实际材料去除深度与名义抛光深度不一致,直接影响抛光效率及表面质量的控制。基于Hertz弹性接触理论建立了抛光接触区抛光压力和切削速度分布函数,并依据修正的Preston方程建立了材料去除深度模型,据此确定了影响材料去除深度的关键抛光工艺参数(磨粒粒度、主轴转速、百页轮变形量和进给速度),获得了百页轮抛光接触区的材料去除深度分布规律和关键抛光工艺参数对材料去除深度的影响规律。最后,通过模拟仿真和抛光实验验证了所建模型和影响规律的正确性,结果表明,该模型可以较好地预测百页轮柔性抛光的材料去除深度。     

化学机械抛光中抛光垫材料的研究与展望

在化学机械抛光中,抛光垫的材料是重要影响因素之一,它直接影响着抛光效果。本文介绍了化学机械抛光垫的基本材料、材料特性及其对抛光效果的影响,目前化学机械抛光加工中所采用的抛光垫材料及主要用途,对各种抛光垫材料在抛光过程中存在问题进行了分析,同时展望了抛光垫材料的发展趋势。     

梯度功能研抛盘力学模型与材料均匀去除试验

针对材料非均匀去除问题,提出了一种基于梯度功能研抛盘的新颖加工方法.以Preston方程为理论基础,开展了梯度功能研抛盘与工件接触应力的数值模拟和弹性力学计算,通过半逆解法推导接触应力方程,建立了一套关于梯度功能研抛盘的双层结构力学模型与工件材料去除水平的预测体系.在ZrO2陶瓷上进行了不同部位材料去除速率研磨试验,以...     

计算机硬磁盘CMP中抛光工艺参数对去除率的影响

对于计算机硬磁盘的生产,为了最大限度地提高盘片生产量,降低生产成本,要求化学机械抛光(chemieal mechanical polishing,简称CMP)中在保证优质表面质量情况下,实现最大去除量(Material Removal,简称MR)和去除率(Material Removal Rate,简称MRR)。本文讨论了硬盘片的化学机械抛光过程中的外加压力、转速和抛光时间对去除率的影响。实验采用含多种添加剂的纳米二氧化硅(SiO_2)胶体作为研磨液在双面抛光机上对镍磷敷镀铝镁合金基片进行精抛光。结果表明,不降低表面质量,MRR随着压力的增加而增大到一个最大值,随后随着压力继续增加而减小;增加抛光机下盘的转速将使MRR变大到一定值后再下降;增加抛光时间将使MR增大,而MRR变化是非线性的。     

磨料射流抛光中各工艺参数对材料去除率及抛光区形貌的影响

介绍了磨料射流抛光的工作原理,并从试验出发,针对射流抛光技术的主要工艺参数(入射角度、射流速度、入射距离、抛光液浓度和工作时间等)对抛光特性的影响进行了试验研究.分析了各工艺参数与抛光效率和抛光点形貌的影响关系,从而获得了最佳工艺参数.在此基础上,对一平面K9光学玻璃进行了抛光试验,抛光速率约为30nm/min,抛光区粗糙度小于2.5nm.研究结果为磨料射流抛光加工的进一步研究提供了一定的帮助.     

超精密抛光材料的非连续去除机理

通过对表面原子／分子氧化去除动态平衡模型的分析，应用概率统计方法推导了单个磨粒的多分子层薄膜的非连续去除模型，该模型考虑了化学机械抛光（CMP）中化学作用与机械作用的协调性，同时考虑了芯片新鲜表面的直接去除和多层氧化薄膜的去除。在特定条件下，应用图形分析法找到了化学作用与机械作用协调的半经验公式。研究结果表明：材料去除率与去除层数呈指数关系；一直增加化学作用并不能增大材料去除率；机械化学协调作用时，去除率始终保持极值去除。模型预测结果和试验结果相吻合。     

光纤插头端面加工中材料去除的分析

为了研究光纤端面的现行加工工艺,提出了一种光纤端面材料去除的分析方法。对被加工光纤端面和研抛工具先进行研磨压力的有限元分析,再模拟计算光纤研磨速度,最后分析去除率的材料。结果表明:光纤端面材料去除率的变化周期主要受研磨速度影响;成形初期的研磨去除率分布主要受研磨压力的影响;与平动式光纤研磨机相比,用行星回转式光纤研磨机加工一批单芯光纤和MPO多芯光纤插头时,由研磨速度的差异引起的各纤芯间材料去除率变化的最大值分别为3%和0.32%。本模拟分析方法建模简单,直观,模拟分析结果与生产现状相一致。     

Ta-W合金的化学机械抛光实验研究

针对Ta-W合金材料圆薄片零件化学机械抛光工艺,设计了Ta-W合金材料化学机械抛光抛光液,并探讨了抛光液各组分的含量及抛光工艺参数对抛光速率和抛光件表面质量的影响。结果表明,当抛光液中磨料SiO2溶胶质量分数为40％-65％时,抛光速率也达到较高值并在一定的硅溶胶含量范围内波动不大;当抛光液中有机碱的质量分数为4％-6％时,抛光速率达到最大值;随着氧化剂含量的增加,去除速率几乎成线性增加,但随氧化剂含量的增大表面状态变差,故应控制氧化剂的含量;随着抛光液流量的增加,抛光速率也增大,但在流量增加到200mL／min后,速率的增加变得缓慢。     

用于模具自由曲面的新型气囊抛光中磨粒场的分析

为提高模具自由曲面抛光的效率和品质,提出一种基于柔性抛光理念的新型气囊抛光技术。研究了气囊抛光接触区内磨粒的运动轨迹、压力分布和抛光力的分布情况,建立了气囊抛光接触区内磨粒的运动模型、压力模型,揭示了气囊抛光接触区内磨粒直径对抛光力和被加工工件内部剪切应力的影响规律,研究了抛光过程中工件内部的剪切应力分布,明确了材料疲劳去除机理。为气囊抛光的应用奠定了理论基础。     

叶序结构抛光垫表面的抛光液流场分析

为了解决在化学机械抛光过程中抛光接触区域内抛光液的分布均匀性问题,基于生物学的叶序理论,设计葵花籽粒结构的仿生抛光垫,建市化学机械抛光抛光液流场的运动方程和边界条件,利用流体力学软件(Fluent)对抛光液的流动状态进行仿真,并获得叶序参数对抛光液流动状态的影响规律.结果表明:抛光液在基于葵花籽粒的仿生抛光垫的流动是均匀的,抛光液沿着逆时针和顺时针叶列斜线沟槽流动,有利于流体向四周发散.     

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。     

开槽冰冻固结磨料抛光微晶玻璃的工艺研究

采用成形模具热压法给微米级α-Al2O3冰冻固结磨料抛光垫开槽。设计四因素三水平正交试验,对开槽冰冻固结磨料抛光垫抛光微晶玻璃的工艺进行了研究,与同样试验条件下未开槽冰冻固结磨料抛光垫的抛光效果进行了对比分析。结果表明：开槽情况下的去除率比未开槽情况下的去除率提高40%左右,微晶玻璃表面形貌略有改善但出现划痕现象,主轴转速对材料去除率影响更为显著。
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有机碱对铜CMP材料去除率作用的实验研究

分别使用几种有机碱作为络合剂、SiO2水溶胶为磨料、H2O2为氧化剂,复配后分别进行相同工艺参数的抛光试验。试验结果表明:乙二胺强络合作用明显,对铜的去除率最大可以达到850.8 nm/min,表面粗糙度Ra=13.540°A;二羟基乙基乙二胺和二乙醇胺去除率较低,本试验中最大分别为71.8 nm/min和25.1 nm/min。乙二胺适合用于碱性环境下的ULSI铜抛光液,材料去除率较高的原因是有效的强络合作用与抛光参数相匹配以及化学作用和机械作用动态平衡的结果。     

超硬复合材料镜面抛光工艺

超硬复合材料批量镜面抛光生产关键在于抛光机具选择,通过对YJ2M9B研磨机进行改造,适合超硬复合材料单面镜面抛光,并对金刚石复合片镜面抛光工艺进行研究,建立了一条完整批量生产线,最后探讨了节约研磨料的措施。     

研磨和抛光材料去除机理应用分析

通过对研磨和抛光工艺中四个关键组成部分之间的作用进行分析,描述了抛光特征和材料去除机理。这些交互作用对提高生产率和工件质量至关重要。理解整个系统基本物理现象有利于加速新工艺的发展。     

软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理

基于阿伦尼乌斯原理和分子振动理论,分析了软性抛光粒子、石英玻璃和抛光垫之间的弹性与超弹性接触,研究了用软性粒子抛光石英玻璃的材料去除机理。基于理论研究进行了大量的抛光试验,建立了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率模型。理论计算与试验结果表明:在石英玻璃化学机械抛光中,材料的去除主要由抛光粒子与石英玻璃的界面摩擦化学腐蚀作用来实现;单个抛光粒子压入石英玻璃的深度约为0.05nm,且材料去除为分子量级;石英玻璃表层的分子更易获得足够振动能量而发生化学反应实现材料的去除;抛光压力、抛光液中化学试剂种类和浓度以及石英玻璃试件与抛光盘的相对运动速度决定了软性粒子抛光石英玻璃的材料去除率大小。     

超声加工韧性材料的材料去除率模型

超声加工是现代超声技术的重要组成部分,在不同类型材料的加工领域都有着广泛的应用.由于在超声加工中脆性材料和韧性材料的材料去除机理完全不同,因此有必要建立韧性材料的材料去除率的数学模型.本文基于接触力学的理论建立了一个新的超声加工韧性材料的材料去除率模型.通过与引用的实验结果进行比较,发现该模型的理论预测值与实验结果十分...