大尺寸硅片自旋转磨削的试验研究

利用基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,通过试验研究了砂轮粒度、砂轮转速、工件转速及砂轮进给速度等主要因素对材料去除率、砂轮主轴电机电流以及磨削后硅片表面粗糙度的影响关系。研究结果表明,增大砂轮轴向进给速度和减小工件转速,采用粗粒度砂轮有利于提高磨削硅片的材料去除率,砂轮轴向进给速度对材料去除率的影响最为显著;适当增大砂轮转速,减小砂轮轴向进给速度,采用细粒度砂轮可以减小磨削表面粗糙度;在其它条件一定的情况下,砂轮速度超过一定值会导致材料去除率减小,主轴电机电流急剧增大,表面粗糙度变差;采用比#2000粒度更细的砂轮磨削时,材料去除率减小,硅片表面粗糙度没有明显改善。     

硅片自旋转磨削损伤深度的试验研究

基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,采用角度抛光法和分步蚀刻法检测了树脂结合剂金刚石砂轮磨削硅片的损伤深度,利用方差分析法研究了砂轮粒度、工作台转速、砂轮进给率和砂轮转速等磨削参数对硅片损伤深度的影响规律.结果表明:磨削参数对硅片损伤深度的影响程度由大到小依次为砂轮粒度、砂轮进给率、砂轮转速和工作台转速.当砂轮的磨粒尺寸从40 μm减小到4 μm时,硅片的损伤深度从16.4 μm逐渐减小至0.8 μm.在一定的范围内,当其它磨削参数不变时,硅片的损伤深度随着砂轮进给率的增大而增大,随着砂轮转速的增大而减小,随着工作台转速的增大而减小.     

硅片自旋转磨削中基于作用力的微观接触仿真研究

采用杯型金刚石砂轮进行硅片自旋转磨削是典型的硅片超精密磨削加工形式。本试验从其磨削过程中抽象出砂轮微单元与硅片的微观接触作为研究对象,建立基于作用力的仿真模型,采用软件LS-DYNA对自旋转磨削微观作用过程进行了模拟,对作用过程中硅片与砂轮微单元的应力应变情况进行了有限元分析。结果表明:硅片材料存在相应弹性转塑性和塑性转脆性的临界位移与载荷;在硅片塑性区域切向滑动时可在硅片表面产生塑性沟槽与隆起;砂轮微单元上的磨损可依据其仿真数据作出判断。研究为硅片磨削及砂轮磨损机理研究提供支撑。      

砂轮磨粒尺寸及形状对磨削加工的影响

利用计算机数字模拟技术作为手段分析研究磨粒尺寸大小及形状对磨削加工过程和被磨削表面的影响,结果得出磨粒径大小影响到砂轮表层的磨粒中实际参加切削的磨粒数目,磨粒粒径越小,被加工表面粗糙度越小,由大大小小不同粒径磨粒的成的砂轮与单一粒径磨粒的砂轮相比,其被加工表面粗糙度要小得多,磨粒几何形状和磨粒表面微观粗糙度的被加工表面粗糙度影响不大。     

硅片纳米磨削过程中磨粒切削深度的测量

分析了硅片纳米磨削过程中磨粒切削深度的特点,采用基于扫描白光干涉原理的三维表面轮廓仪对磨削后硅片表面的磨削沟槽的深度和宽度进行了测量,进而对磨削沟槽的深度和未变形切屑的横截面的宽高比进行了统计分析。研究表明,采用硅片自旋转磨削方法对硅片进行纳米磨削时,参与切削的磨粒数量极少,起主要切削作用的磨粒只占有效磨粒数量的一小部分,此部分磨粒的切削深度大于砂轮的切削深度,甚至可达后者的2倍;未变形切屑的截面为三角形,其宽高比在21～153之间,平均值为69。     

大直径硅片超精密磨削技术的研究与应用现状

随着IC制造技术的飞速发展，为了增加IC芯片产量和降低单元制造成本，硅片趋向大直径化，原始硅片的厚度也相应增大以保证大尺寸硅片的强度；与此相反，为了满足IC封装的要求，芯片的厚度却不断减小，需要对图形硅片进行背面减薄。硅片和芯片尺寸变化所导致的硅片加工量的增加以及对硅片加工精度和表面质量更高的要求，使已有的硅片加工技术面临严峻的挑战。本文详细分析了传统硅片加工工艺的局限性，介绍了几种大直径硅片超精密磨削加工工艺的原理和特点，评述了国内外硅片超精密磨削技术与装备研究和应用的现状及发展方向，强调了我国开展大直径硅片超精密磨削技术和装备研究的必要性。     

金刚石砂轮磨削贴膜硅片崩边的研究

用树脂结合剂金刚石砂轮将贴膜厚度为80 μm和160 μm的单晶硅片减薄到400 μm,通过测量硅片边缘的崩边尺寸评价贴膜对硅片加工质量的影响。试验结果表明:硅片贴膜能有效降低硅片碎片率;当硅片未贴膜时,硅片的平均崩边尺寸为3.08 μm,当硅片贴膜厚度为80 μm和160 μm时,硅片的平均崩边尺寸为4.61 μm和3.60 μm;即硅片贴膜磨削对硅片崩边有恶化作用,但该影响较小,用厚膜时恶化程度可控制在20%以内。且用23 μm金刚石砂轮减薄磨削贴膜硅片时,硅片<110>晶向和<100>晶向的崩边尺寸无明显差异。      

太阳能硅片电解磨削多线切割远程监控系统的设计

为满足太阳能硅片大规模生产的精益化管理需求,针对太阳能硅片电解磨削多线切割工艺特点,设计了一种以C/S为主、B/S为辅的混合式软件架构远程监控系统。采用Visual C#编程实现上、下位机的数据通讯,开发基于工业以太网的车间现场监控模块,通过PHP和My SQL开发基于web的数据查询模块。经长时间试验运行,该系统能实现电解磨削多线切割设备工作状态及加工参数的远程实时监控,稳定可靠,具有重要的工程应用价值。     

基于旋转超声振动的氧化锆陶瓷小孔磨削加工质量研究

针对陶瓷材料小孔加工质量较差以及加工成本较高等问题,设计一种基于旋转超声辅助的氧化锆陶瓷小孔磨削加工工艺。首先分析旋转超声加工原理,然后在超声振动条件下利用金刚石刀具对氧化锆陶瓷小孔进行单因素磨削加工试验,并对小孔的内壁进行形貌分析和粗糙度检测,最后研究主轴转速、超声功率以及进给速度对小孔表面粗糙度的影响规律。研究结果表明:与普通磨削方式相比,在旋转超声辅助加工条件下,小孔表面质量和残余应力都得到较大改善,当超声功率达到300 W时,加工后的小孔表面粗糙度下降了52%,加工精度明显提高。      

超高速点磨削力数学模型的建立与仿真

结合超高速点磨削的特点,将磨粒简化为圆锥形,建立了超高速点磨削力数学模型.通过对磨削力的Matlab仿真,分析了磨削参数和点磨削变量角α和β对磨削力的影响.结果表明:点磨削力随着砂轮线速度的增加而减小,随工件速度、磨削深度、纵向进给速度的增加而增大.点磨削力随磨削变量角α和β的增大而降低,其中,β对降低磨削力的贡献要大...     

高精度回转曲面的砂轮磨削点运动规律研究

轨迹包络磨削法是加工高精度回转曲面的重要工艺方法。为了进一步提高轨迹包络磨削加工的精度,本文首先分析了圆弧轨迹包络磨削中砂轮磨削点与加工曲线的位置关系。以加工母线为圆弧曲线、抛物线等典型回转曲面为例,探讨磨削过程中砂轮磨削点的运动规律,并在此基础上得到了圆弧轨迹包络磨削加工回转曲面中砂轮磨削点的运动速度方程。分析表明：（1）砂轮磨削点运动的距离随着砂轮端部圆弧半径增大而增大;（2）砂轮磨削点的角速度大,则意味着在磨削加工中砂轮磨削点的运动速度快;（3）曲率半径大的回转曲面在磨削过程中砂轮磨损严重。     

cBN砂轮在低速磨削中的应用

cBN砂轮在高速设备上使用非常广泛,但在老式低速磨床上采用cBN砂轮的非常少。我们在这方面做了大胆的尝试,就是在老式磨床上不做任何改进,直接更换相同直径的陶瓷cBN砂轮,通过更换皮带轮改变传动比,把砂轮速度从51.4 m/s提升到64.8 m/s,增大冷却液流量、压力,确定冷却液冲刷位置,改变切削的进给量,使cBN砂轮的一个修整频次内寿命大幅提升。最后证明陶瓷cBN砂轮在低速磨床中一样可以替代刚玉砂轮,并且不需要大的改造投资,可以获得非常好的综合经济效益。     

磨削速度对42CrMo钢磨削强化层的影响

在精密卧式磨床M7132A上,研究磨削速度对42CrMo钢进行磨削淬火强化层硬度与组织的影响。结果表明:完全强化层的显微硬度值在724～824 HV0.1,与基体相比提高3～4倍,且随着磨削速度的提高,在工件表面的显微硬度也相应增加;完全强化层是混合型的马氏体组织,其中以条片状马氏体居多,且随着磨削速度的增加,强化层的组织细化;完全强化层的深度也随着磨削速度的增加而增加。     

钎焊金刚石砂轮磨削石材中金刚石粒度对磨削力的影响研究

本文通过测量不同金刚石粒度的高频感应钎焊金刚石砂轮磨削花岗石过程中的磨削力，对砂轮所受的法向力和切向力进行了研究。对不同粒度条件下磨削深度、进给速度和砂轮线速度对磨削力的影响进行了分析。研究发现磨削力随砂轮线速度的增大而减小，随磨削深度和进给速度的增大而增大，磨削深度对磨削力的影响程度比进给速度大。小粒度金刚石磨削时，磨削三要素对磨削力的影响比大粒度金刚石磨削时大。     

Residual stress analysis on silicon wafer surface layers induced by ultra-precision grinding

Grinding residual stresses of silicon wafers affect the performance of IC circuits. Based on the wafer rotation ultra-precision grinding ma-chine, the residual stress distribution along grinding marks and ground surface layer depth of the ground wafers are investigated using Raman microspectroscopy. The results show that the ground wafer surfaces mainly present compressive stress. The vicinity of pile-ups between two grinding marks presents higher a compressive stress. The stress value of the rough ground wafer is the least because the material is removed by the brittle fracture mode. The stress of the semi-fine ground wafer is the largest because the wafer surface presents stronger phase trans-formations and elastic-plastic deformation. The stress of the fine ground wafer is between the above two. The strained layer depths for the rough, semi-fine, and fine ground wafers are about 7.6 m, 2.6 m, and 1.1 m, respectively. The main reasons for generation of residual stresses are phase transformations and elastic-plastic deformation.     

热管砂轮干磨削温度场数值模拟

基于一种利用热管技术对磨削弧区进行强化换热的构想,采用FLUENT软件建立了环形热管砂轮干磨削温度场的仿真模型,得到了热管换热能力与热流密度、转速和砂轮壁厚的关系,并在相同热流密度下对比了热管砂轮与热管砂轮弧区的温度。仿真结果表明:弧区温度会随着热流密度的增大相应升高,随着转速的增大而降低,热管的启动时间会随着砂轮壁厚的增大减慢;相同热流密度下,热管砂轮的弧区温度明显低于无热管砂轮。最后通过干磨削钛合金TC4试验,对仿真结果进行了验证。     

磨削压力及速度对钢轨被动打磨性能的影响

以钢轨圆盘代替钢轨,设计一种模拟钢轨被动打磨方式的实验平台,研究被动磨削方式下磨削压力和磨削速度对磨削力、磨削温度、磨削效率及钢轨表面粗糙度的影响。实验结果表明: 在60～80 km/h范围内,随磨削速度增大,切向磨削力、表面粗糙度减小,磨削温度升高、磨削效率增大;在120～320 N范围内,随磨削压力增大,磨削温度升高、切向磨削力增大、磨削效率增大、表面质量下降。      

Fine grinding of silicon wafers: a mathematical model for the wafer shape

Over 90% of semiconductors are built on silicon wafers. The fine grinding process has great potential to produce very flat wafers at a low cost. Four papers on fine grinding have been previously published by the authors. The first paper discussed its uniqueness and special requirements. The second one presented the results of a designed experimental investigation. The third and fourth papers presented mathematical models for the chuck shape and the grinding marks, respectively. As a follow up, this paper develops a mathematical model for the wafer shape. After the model is described, its practical applications in wafer manufacturing are discussed.     

面向绿色制造的快速点磨削磨削液供给参数计算

高速／超高速磨削条件下,砂轮边缘的高速空气带会阻碍磨削液注入磨削区。空气带压力与砂轮速度的平方成正比。快速点磨削是一种新型高速／超高速磨削技术,接触区很小,实际磨削功率低,冷却及散热效果好。在分析了高速／超高速磨削砂轮周围旋转空气带动压力及速度分布特点的基础上,根据热力学原理及快速点磨削特点,分析并建立了磨削液的供给流量和供液速度的理论模型。在此基础上,建立了面向绿色制造的快速点磨削的磨削液喷嘴直径及供液压力的工程计算公式。