砂浆辅助固结磨料研磨蓝宝石研究

金刚石固结磨料垫研磨蓝宝石晶片时,因磨屑细小导致研磨垫自修整能力严重不足,制约了其工业应用。本实验尝试用向研磨液中添加碳化硅颗粒的办法,辅助磨屑改善研磨垫的自修整能力。分别制备了不含磨料和含金刚石磨料（粒度尺寸为20~30 μm）的研磨垫,比较其在不同研磨条件下的材料去除率和研磨后工件表面形貌,探索研磨液中碳化硅颗粒的作用机制。结果表明:研磨液中添加的碳化硅颗粒加快了研磨垫基体的磨损,有利于亚表层金刚石颗粒的出露,实现了研磨垫的自修整过程,材料去除速率明显提高,提高近14倍。      

固结金刚石聚集体磨料垫高效研磨氧化锆陶瓷背板

氧化锆陶瓷背板的高效低损伤研磨加工是其在5G通讯应用中的前提。针对氧化锆材料的硬脆特性造成磨粒磨损严重的特点,以金刚石单晶和聚集体为磨料,制备固结磨料垫（FAP）,并对比研究其加工性能,探索了研磨液中碳化硅磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用金刚石聚集体作为固结磨料垫的磨料,辅以碳化硅砂浆,能够明显提高研磨速度,改善表面加工质量。采用粒度230/270的金刚石聚集体固结磨料研磨垫,辅以颗粒尺寸3~5 μm的绿碳化硅砂浆,氧化锆陶瓷研磨时材料去除率达2.5 μm/min以上,表面粗糙度值R_a为74.9 nm。      

磨料尺寸对固结金刚石聚集体磨料垫研磨石英玻璃加工性能的影响

石英玻璃的研磨加工是其超光滑抛光加工的前道工序,对其加工效率和最终表面质量影响甚大。针对石英玻璃的硬脆特性,采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,对其高效低损伤研磨加工工艺进行了研究。探索了金刚石聚集体磨粒的一次颗粒尺寸、二次颗粒尺寸、研磨压力和研磨液流量4因素对研磨石英玻璃加工性能的影响,综合优化得到加工效率高和表面质量优的工艺参数。实验表明:采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,当一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为1.0~2.0 μm和20~25 μm,研磨压力为14 kPa,研磨液流量为60 mL/min时,材料去除率达到2.64 μm/min,平均表面粗糙度值R_a为54.2 nm。      

研磨温度对亲水性固结磨料垫加工性能的影响

研磨温度的升高会引起树脂基体模量的变化,从而影响亲水性固结磨料垫的加工性能。通过有限元分析软件仿真了亲水性固结磨料垫在不同研磨液温度下研磨石英玻璃的瞬态温度场,研究了不同温度条件下固结磨料垫基体的溶胀率与砂浆磨损量,探索了固结磨料垫在不同研磨液温度下的加工性能。结果表明:随着研磨液温度的升高,基体温度分布区间也随之改变,固结磨料垫基体的溶胀率与砂浆磨损量均增加,分别达到了1.43%与2.5 mg;温度升高使基体动态模量减小,材料去除率(material removal rate,MRR)和表面粗糙度R_a得到了改善,分别为8.2 μm/min和69.9 nm。因此适当提升研磨温度,能在一定程度上提高固结磨料垫的加工性能。      

砂浆对固结磨具研磨垫研磨SiC工件的影响

为高效、稳定加工SiC工件,采用碳化硅砂浆辅助亲水性固结磨具研磨垫精研的方法,实验比较砂浆辅助固结磨具研磨垫研磨与传统固结磨具研磨垫研磨的差异,并研究砂浆中碳化硅的颗粒尺寸和质量分数对SiC工件精研去除率和表面形貌的影响。通过测算研磨垫的溶胀率和磨损率,探索碳化硅砂浆的作用机制。结果表明:在砂浆中添加颗粒尺寸为3~5 μm、质量分数为3%的SiC时,精研过程的平均材料去除率为1.424 6 μm/min,工件表面粗糙度R_a为84.6 nm;而没有砂浆辅助精研时,材料去除率为0.040 0 μm/min,表面粗糙度R_a为61.4 nm。碳化硅砂浆的加入能有效提高亲水性固结磨具研磨垫的自修整能力,其自修整能力随砂浆中碳化硅的尺寸和质量分数增大而增强,材料的去除率提高,工件表面质量略降。      

基于固结磨料盘的钽酸锂高效研磨加工试验研究

目的 实现钽酸锂材料的高效、高质量、低成本加工。方法 选择合适的添加剂作为辅料,利用树脂结合剂将3000#的金刚石磨料通过配混料、固化、压实、修整等步骤,制成金刚石固结磨料盘。以加工过程中钽酸锂工件的材料去除率、表面形貌以及粗糙度等作为评价指标,在相同粒径条件下,用游离磨料、固结磨料磨盘对钽酸锂晶片进行加工,对比加工结果。结果 在压力为4 kPa、研磨盘转速为140 rad/min的条件下,3000#金刚石游离磨料铸铁盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为37.89 μm/h,表面粗糙度Sa由420 nm改善至233.308 nm,但是晶片表面出现深划痕,从而导致易破碎,且有少量磨粒残留在钽酸锂晶片上。而在相同加工条件下,采用3000#金刚石固结磨料盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为66.19 μm/h,表面粗糙度Sa降低至97.004 nm,且晶片表面划痕较浅,无磨粒残留在钽酸锂晶片上。结论 采用固结磨料盘加工后的表面粗糙度比游离磨料加工后的表面粗糙度更低,表面形貌更好,材料去除率更高,达到了钽酸锂晶片精研的加工效率和表面质量。同时固结磨料盘研磨LT晶片时,其表面粗糙度随压力、转速增大而减小,材料去除率随压力、转速增大而增大。     

铁电效应对钽酸锂固结磨盘加工的影响研究

目的 研究铁电效应对钽酸锂加工的潜在影响。方法 选用3000#的金刚石粉料制作的金刚石丸片,将其固结在设计的夹具中制成一种新型固结磨盘,并与游离磨料研磨加工结果进行比较,然后采用恒温水浴装置将冷却液温度控制在低温状态,并添加电解质溶液,以材料去除率、表面形貌及粗糙度作为指标,进一步分析铁电效应对固结磨盘加工钽酸锂的结果影响。结果 游离磨料加工10 min后,钽酸锂晶片表面粗糙度Sa从初始的419.112 nm降至232.319 nm,材料去除率MRR为36.78 μm/h,晶片表层存在磨粒嵌入、大量凹坑及深划痕等缺陷,且研磨过程中易破损。同样的加工条件下,固结磨盘研磨钽酸锂晶片的表面粗糙度Sa从419.112 nm降到97.004 nm,材料去除率MRR为57.19 μm/h,相对于游离磨料加工结果,晶片表面磨粒嵌入情况极少,划痕深度变浅、凹坑数量减小,表面更光滑。在冷却液温度为5 ℃并添加0.5%（体积分数）的电解质溶液时,使用固结磨盘研磨10 min后,表面粗糙度Sa进一步下降到37.943 nm,材料去除率为58.75 μm/h。材料表面无磨粒嵌入,无较深沟槽和凹坑,仅存在少许浅划痕。结论 相同加工条件下,固结磨料比传统游离磨料研磨后的表面粗糙度值更低,表面质量更好,去除率更高,加工效率和成品率更优。低温状态和加入电解质溶液能够有效抑制钽酸锂的内应力,防止裂纹产生及扩展,改善晶片的表面损伤,进一步提高了晶片表面质量。     

易解理氧化镓晶片的半固结研磨工艺

目的 为了探究在半固结研磨工艺下的工艺参数对单晶氧化镓(100)晶面材料去除率和表面形貌的影响。方法 通过单因素试验研究研磨垫上磨料的粒度、研磨压力和研磨盘转速等工艺参数对氧化镓晶片材料去除率和表面粗糙度的影响规律,并采用正交试验对工艺参数进行优化。结果 实验结果表明,随着研磨垫上磨料粒度的增大,材料的去除率也逐渐增大,表面粗糙度也逐渐增大;随着研磨压力的增大,材料去除率逐渐增大,表面粗糙度增大的趋势逐渐减缓;随着研磨盘转速的增大,材料去除率逐渐增大,表面粗糙度变化不大。最后通过正交试验优化了工艺参数,得到优化后的最佳工艺组合,研磨垫上磨料的粒度为3μm,研磨压力为2940 Pa,研磨盘转速为60 r/min,研磨后氧化镓表面粗糙度为26 nm,材料去除率为3.786 nm/min。结论 半固结研磨工艺可以抑制解理现象,并且通过选择合适的半固结研磨工艺参数能够稳定有效地降低表面粗糙度,获得较好的氧化镓表面,并为后续的精密抛光工艺提供了技术依据。     

磨粒尺寸和基体硬度对固结磨料抛光YAG晶体的影响

钇铝石榴石(YAG)是一种应用广泛的硬脆难加工材料,其抛光过程工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有平坦化能力优、对工件形貌选择性高、磨料利用率高等优点。试验采用固结磨料抛光YAG晶体,研究固结磨料垫的基体硬度和金刚石磨粒尺寸对YAG晶体的材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒尺寸3～5 μm时,固结磨料抛光YAG晶体效果最优,其材料去除率为255 nm/min,表面粗糙度S_a值为1.79 nm。      

固结磨料垫高效研磨氟化钙晶体研究

氟化钙晶体的高效精密研磨加工是实现其超精密抛光加工的前提。采用单晶金刚石和聚集体金刚石磨料制备固结磨料垫(FAP),对比研究其研磨加工性能,探索不同种类的金刚石磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用聚集体金刚石磨料制成的FAP研磨效率明显高于单晶金刚石FAP的,且其材料去除率更稳定,同时聚集体金刚石FAP的自修整能力要优于单晶金刚石FAP的。在10 kPa压力下,采用初始粒径为3～5 μm的聚集体金刚石FAP研磨氟化钙晶体,其材料去除率达13.0 μm/min, 表面粗糙度值R_a为130.0 nm。      

单晶SiC基片的铜基研磨盘加工特性研究!

采用铜基螺旋槽研磨盘对6H-SiC单晶基片的Si面和C面进行了单面研磨加工,研究研磨压力、研磨盘转速和金刚石磨粒尺寸对SiC基片材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明,单晶SiC的C面和Si面具有明显的差异性,C面更易加工,其材料去除率比Si面大。研磨压力是影响材料去除率和表面粗糙度的主要原因,研磨压力越大,材料去除率越高,但同时表面粗糙度变大,较大的研磨压力会导致划痕的产生。在达到最佳表面粗糙度时,C面加工所需的转速比Si面大。磨粒团聚会严重影响加工表面质量,采用粒度尺寸3 μm的金刚石磨料比采用粒度尺寸1 μm的金刚石效果好,经粒度尺寸3 μm的金刚石磨料研磨加工5 min后,Si面从原始粗糙度R_a 130 nm下降到R_a 5.20 nm,C面下降到R_a 5.49 nm,表面质量较好。      

微复制金刚石研磨片对玻璃加工质量的影响

利用固结式微复制金刚石研磨片(Trizact Diamond Tile,TDT)对不同玻璃进行减薄研磨,确定不同粒度金刚石TDT的磨削去除率;研究了研磨后的玻璃加工质量,测量了玻璃表面粗糙度及玻璃亚表面损伤层的状态。同时用9μm粒度碳化硅浆料做对比研磨试验。结果表明,同样粒度的金刚石TDT与传统的碳化硅浆料研磨相比可以得到更高的磨削去除率,减少玻璃亚表面损伤层,降低粗糙度。对于康宁玻璃,9μm粒度的TDT可以达到95μm/min的磨削去除率,是同粒度碳化硅浆料研磨的2倍多;Ra可以达到0.37μm,明显好于碳化硅浆料研磨;亚表面损伤也减轻很多。采用2μm粒度的TDT研磨后可获得Ra0.09μm、接近透明的表面。     

基于金刚石固结磨具的圆柱滚子高效研磨工艺研究

针对圆柱滚子高精密研磨加工过程中效率低下的问题,在双平面偏心盘式圆柱滚子抛光方法基础上,提出基于金刚石固结磨料磨具的圆柱滚子研磨方法.自制金刚石丸片,用上下盘黏附的金刚石丸片对圆柱滚子进行超精密研磨加工,研究丸片中不同金刚石微粉粒度代号、砂结比及研磨液黏度对圆柱滚子表面粗糙度、材料去除率、平均圆度误差及批直径变动量的影...     

单晶SiC基片的磁流变化学复合抛光

基于芬顿反应的磁流变化学复合抛光加工原理,对单晶SiC基片进行磁流变化学复合抛光试验,研究工艺参数对其抛光效果的影响。结果表明：随着金刚石磨粒粒径的增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度先减小后增大;随着磨粒质量分数的增大,材料去除率增大,而表面粗糙度先减小后增大;当羰基铁粉质量分数增大时,材料去除率增大,而表面粗糙度呈先减小后增大的趋势;随着氧化剂质量分数增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;加工间隙对材料去除率的影响较大,加工间隙为1.0 mm时,加工表面质量较好;随着工件转速和抛光盘转速增大,材料去除率均先增大后减小,表面粗糙度均先减小后增大。获得的优化的工艺参数为：磨粒粒径,1.0μm;磨粒质量分数,5%;羰基铁粉质量分数,25%;过氧化氢质量分数,5%;加工间隙,1.0 mm;工件转速,500 r/min;抛光盘转速,20 r/min。采用优化的工艺参数对表面粗糙度约为40.00 nm的单晶SiC进行加工,获得表面粗糙度为0.10 nm以下的光滑表面。     

蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究

目的 化学机械抛光(CMP)包含化学腐蚀和机械磨削两方面,抛光液pH、磨粒粒径和浓度等因素均会不同程度地影响其化学腐蚀和机械磨削能力,从而影响抛光效果。方法 采用30~150 nm连续粒径磨粒抛光液、120 nm均一粒径磨粒抛光液、50 nm和120 nm配制而成的混合粒径磨粒抛光液,分别对蓝宝石衬底晶圆进行循环CMP实验,研究CMP过程中抛光液体系的变化。结果 连续粒径磨粒抛光液中磨粒大规模团聚,满足高材料去除率的抛光时间仅有4 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.665 nm;均一粒径磨粒抛光液中磨粒稳定,无团聚现象,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高94.7%,能至少维持高材料去除率18 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为0.204 nm;混合粒径磨粒抛光液初始状态下磨粒稳定性较高,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高114.8%,之后磨粒出现小规模团聚现象,后9 h材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的59.6%,18 h内材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的87.7%,但抛光后的晶圆表面粗糙度为0.151 nm。结论 一定时间内追求较高的材料去除率和较好的晶圆表面粗糙度选用混合粒径磨粒抛光液,但需要长时间CMP使用均一粒径磨粒抛光液更适合,因此,在工业生产中需要根据生产要求配合使用混合粒径磨粒抛光液和均一粒径磨粒抛光液。