碳化硅陶瓷的超声振动辅助磨削

采用普通磨削方式和超声振动辅助磨削方式对无压烧结SiC材料进行了磨削工艺实验,对不同磨削方式下磨削参数对磨削力比、表面损伤及亚表面损伤的影响进行了对比研究,并分析了超声振动磨削作用机制。实验结果显示,该实验中SiC材料去除主要以脆性去除为主,砂轮磨削力比随着磨削深度和进给速度的增加缓慢增加,随着主轴转速的增加略有减小;普通磨削时SiC工件亚表面损伤深度随着磨削深度、进给速度增加逐渐增加,而超声振动辅助磨削变化较小。与普通磨削相比,在相同的磨削参数下,超声振动辅助磨削的高频冲击使材料破碎断裂情况得到改善,且磨削力比减小近1/3,表面裂纹、SiC晶粒脱落、剥落等表面损伤较少,表面损伤层较浅,亚表面裂纹数量及深度都有较大程度降低,可以获得较为理想的表面质量。     

硅片键合套刻偏差测量技术

硅片键合套刻偏差是影响三维垂向互连封装工艺的重要指标之一。利用红外光可以高效穿透硅基半导体材料的特性,设计了测量键合套刻偏差的红外检测系统。通过测试光源和相机得到的噪声大小和分布作为仿真误差来源;通过MATLAB对不同尺寸、不同类型的套刻标记成像仿真,得到的测量重复性随采样点增多而减小,并在150个采样点时套刻测量重复性趋于稳定的规律;通过仿真检测系统不同数值孔径和套刻标记线宽,得到了测量重复性随对比度增加而减小的特征。根据仿真结果设计了红外检测系统和套刻标记,测试结果接近仿真数据,得到了10 nm以下的测量重复性,证明了利用红外技术高精度检测硅片键合套刻偏差的可行性。     

硅片低损伤磨削砂轮及其磨削性能

针对传统金刚石砂轮磨削硅片存在的表面/亚表面损伤问题,研制了一种用于硅片化学机械磨削加工的新型常温固化结合剂软磨料砂轮。根据化学机械磨削加工原理和单晶硅的材料特性,设计的软磨料砂轮以氧化铈为磨料,二氧化硅为添加剂,氯氧镁为结合剂。研究了软磨料砂轮的制备工艺,分析了软磨料砂轮的微观组织结构和成分。通过测量加工硅片的表面粗糙度、表面微观形貌和表面/亚表面损伤,进一步研究了软磨料砂轮的磨削性能。最后,与同粒度金刚石砂轮磨削和化学机械抛光(CMP)加工的硅片进行了对比分析。结果表明,采用软磨料砂轮磨削的硅片其表面粗糙度Ra1nm,亚表面损伤仅为深度30nm的非晶层,远好于金刚石砂轮磨削硅片,接近于CMP的加工水平,实现了硅片的低损伤磨削加工。     

硅片的在线电解修整超精密磨削

用铸铁短纤维结合剂金刚石砂轮与脉冲电解修整相配合,对硅片进行了在线电解修整（ＥＬＩＤ）超精密磨削。研究了磨削工艺参数对硅片的加工质量及磨削效率的影响,采用原子力显微镜（ＡＦＭ）与扫描电子隧道显微镜（ＳＴＭ）对硅片磨削表面进行了形貌分析,探讨其微观磨削机理。     

利用图像处理技术评价硅片表面清洗率

介绍了一种基于Matlab图像处理工具箱技术的评价硅片表面污染颗粒激光清洗率的新方法。借助Matlab图像处理工具箱,对清洗前后硅片表面光学显微镜照片进行处理,编写硅片表面激光干法清洗率的评价程序,统计清洗前后硅片表面评价区域的污染颗粒个数,对清洗效果进行定量评价。研究结果证明,利用此方法统计的颗粒数准确度达97.6%,得到的激光清洗率准确度达99.2%。结果表明,借助图像处理技术评定清洗效果是一种高效、快速、准确的新方法。     

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.     

A study of mirror-like grinding of fine ceramics with in-process electrolytic dressing

Fine ceramics have the properties of high hardness, chemical inertness, high thermal resistance and low electrical conductivity, but, because of high hardness and brittleness, they are very difficult to machine. Therefore, a superabrasive diamond wheel is used for mirror-like grinding of this material. In this study, an in-process electrolytic dressing system for carrying out mirror-like surface grinding was constructed. Using this system the grinding force for fine ceramics was reduced. This work shows that the application of electrolytic dressing is beneficial in obtaining a mirror-like surface when grinding fine ceramics.     

一种光学材料高效超精密加工方法

提出了结合磁流变光整加工(MRF)与在线电解修整(ELID)磨削对各种光学材料进行超精密加工的方法,即采用ELID磨削进行预抛光以获得高质量表面,然后采用MRF进行精密抛光以进一步减小表面粗糙度和形状误差.利用该组合工艺对BK7玻璃、硅晶玻璃、碳化硅等光学材料进行了超精密加工实验,可以在短时间内使光学材料工件表面得到亚纳米级的表面粗糙度和峰谷值为λ/20(λ为单位波长,λ=632.8nm)的形状精度.     

钢结硬质合金的精密镜面磨削技术的研究

入引了一种在线电解修整金属基超硬磨料砂办密镜面磨削新地钢结硬质合金进行了精密面磨削,得到了粗糙度为０．００３μｍ～０．０１１μｍ的镜面,一次磨削成形。效率高,可取代目前的多级研磨工艺。     

ELID精密镜面外圆磨削技术的应用

在线电解修整(ELID)精密镜面磨削有效地实现了许多难加工材料的平面精密加工和高效加工.本文介绍了ELID磨削技术在精密镜面外圆磨削上的应用.通过采用金属基超硬磨料砂轮在线电解修整对硬质合金、碳化硅陶瓷进行精密镜面外圆磨削,得到了表面粗糙度Ra=0.025～0.028μm的加工表面.     

硬齿面磨削时金属结合剂导电磨轮的在线修整

介绍了硬齿面磨削时金属结合剂导电磨轮在线修整技术的工作原理、修整液种类及特点 ,并给出了应用实例。     

实现双沟轴承双沟道一次磨削的新型砂轮修整定位机构

介绍一种采用电磁铁驱动的砂轮修整定位机构,用于单沟道轴承磨床改造,实现轴承套圈双沟道一次磨削和自动磨削。阐述了该机构的工作原理与结构特点。     

磨削技术的新进展──硬脆材料光滑表面的超精磨削

阐述利用超细粒度金刚石砂轮进行硬脆材料光滑表面起精磨创的现状，提出获得硬脆材料光滑磨削表面的主要技术措施。     

均衡压力场平面抛光技术的研究

这里基于弹性力学的接触理论，研究了导向环、工件与抛光垫接触的压力场分布形态，提出了通过改变工件相对夹具的负载比，进行均衡压力场抛光技术的研究，较好地解决了大尺寸硅片的平面加工问题。使用该项技术可使半导体晶片抛光的平面度达到0．25—0．330μm/φ76mm。     

基于快速原型的硅橡胶模具快速制造技术

介绍了快速原型制造技术的主要方法、基本原理及主要应用领域,详细地描述了以叠层实体原型为母模快速翻制硅橡胶模具的制造工艺及其相关的技术细节。     

Atomistic understanding of interfacial processing mechanism of silicon in water environment: A ReaxFF molecular dynamics simulation

Frontiers of Mechanical Engineering - The interfacial wear between silicon and amorphous silica in water environment is critical in numerous applications. However, the understanding regarding the...     

厚硅片的高速激光切片研究

基于激光切片原理的分析,给出了厚硅片的高速激光切片方法,采用平凸腔补偿工作物质的热透镜效应,利用Nd∶YAG棒本身的自孔径选模作用,获得了光束质量因子M²等于4.19的50 W 1.064 μm激光输出。选取合适的扩束倍数、重复频率和出气孔直径,当切割0.75 mm厚的硅片时,切片速度达400 mm/min;当切割两层叠放的0.75 mm厚的硅片时,切片速度达到100 mm/min。切片的切口光滑,切缝较窄,重复精度高,切片质量好,达到用传统方法难以达到的切片效果。     

砂轮表面形貌定量评价及修整效果研究

基于砂轮表面磨粒出刃面积,提出砂轮表面磨粒出刃面积率Sr的概念,在此基础上提出磨粒出刃度βd和磨粒出刃面积分散度δs两个指标来评价砂轮表面形貌特征。用滚轮修整器对树脂结合剂金刚石砂轮进行修整实验,分析了不同修整方式、修整深度和修整速比对βd和δs的影响。采用修整后的砂轮进行磨削实验,分析了不同特征参数的砂轮对磨削力和工件表面粗糙度的影响。研究结果表明,采用较小的修整深度、较小的修整速比,多次进给修整砂轮时,磨粒出刃度高、磨粒出刃面积分散度小,修整效果好。当βd为69.35%、δs为1 000 μm2时,磨削力、表面粗糙度最小,表明砂轮磨削性能最好,证明修整质量最高。因此所提出的βd、δs两个指标能对修整后的砂轮表面形貌进行有效评价,且磨粒出刃面积的检测方法简单,检测效率较高。     

Quantitative measurement of repetitive impact damage on ground silicon nitride surfaces

Structural ceramics are finding application in automotive and truck engines. Poppet valves and valve seats, for example, require resistance to surface damage from repetitive impacts. Grinding and finishing processes can leave microcracks or residual stresses in the surfaces of ceramics which can accelerate surface-initiated degradation processes. A ball-on-inclined plane, repetitive impact testing system has been developed to study the effects of finishing method on surface durability. Tests were performed by repeatedly striking ground alumina and silicon nitride flat specimens with a silicon nitride sphere and measuring the impact damage as a function of the number of strikes. One type of alumina and three types of silicon nitride ceramics were tested. A quantitative impact damage parameter (IDP), based on mechanical stylus profiling data, was developed for use in measuring small amounts of wear. When damage did not extend beyond the depth of valleys in the machined surfaces, the IDP exhibited an excellent linear correlation with the number of impacts of silicon nitride on both silicon nitride and alumina materials. When more extensive damage occurred, a method involving digitizing the area of the contact damage from photomicrographs provided a reasonable correlation with number of impacts. These two methods are compared. Scanning electron microscopy revealed features which can affect the accuracy of impact damage measurement. Implications of the technique are discussed.     

大尺寸硅片超精密磨削平整化加工机理与技术

在中国国家自然科学基金重大项目《先进电子制造中的重要科学技术问题研究》资助下，针对大尺寸硅片化学机械抛光(CMP)和超精密磨削平整化所涉及的“超精抛光中纳米粒子行为和化学作用及平整化原理与技术”，以300mm硅片为代表，归纳报告硅片超精密磨削加工机理、磨削平整化理论、超精密磨削表面/亚表面损伤、磨削加工工艺规律，以及大尺寸硅片超精密磨削平整化加工关键技术的研究进展。 从硅片旋转磨削过程的运动学仿真、硅片磨削过程的分子动力学仿真和硅片材料的脆性 延性转变等3方面研究了硅片的超精密磨削机理。 通过建立硅片旋转磨削过程的运动学理论模型，获得硅片旋转磨削的运动轨迹参数方程、磨纹长度、磨纹数量以及磨削稳定周期等模型，分析了磨纹间距、磨纹密度与磨削表面层质量的关系。在此基础上开发硅片旋转磨削纹理的计算机预测仿真软件对硅片超精密磨削过程进行数字模拟，通过硅片磨削实验对数字仿真结果进行实验验证。