湿式机械化学磨削单晶硅的软磨料砂轮及其磨削性能

针对干式机械化学磨削(Mechanical chemical grinding, MCG)单晶硅过程中易产生磨削烧伤、粉尘多、加工环境差等问题,研制一种可用于湿式MCG单晶硅的新型软磨料砂轮,并对砂轮的磨削性能及其磨削单晶硅的材料去除机理进行研究。根据湿式机械化学磨削单晶硅的加工原理和要求,制备出以二氧化硅为磨料、改性耐水树脂为结合剂的新型软磨料砂轮。采用研制的软磨料砂轮对单晶硅进行磨削试验,通过检测加工硅片的表面/亚表面质量对湿式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行分析,并与传统金刚石砂轮、干式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行对比。采用X射线光电子能谱仪对磨削前后硅片的表面成分进行检测,分析湿式MCG加工硅片过程中发生的化学反应。结果表明,采用湿式MCG软磨料砂轮加工硅片的表面粗糙度Ra值为0.98 nm,亚表面损伤层深度为15 nm,湿式MCG软磨料砂轮磨削硅片的表面/亚表面质量远优于传统金刚石砂轮,达到干式MCG软磨料砂轮的加工效果,可实现湿磨工况下硅片的低损伤磨削加工。在湿式MCG过程中,单晶硅、二氧化硅磨粒与水发生了化学反应,在硅片表面生成易于去除的硅酸化合物,硅酸化合物进一步通过砂...     

工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤分布

集成电路制造过程中,基于工件旋转磨削原理的超精密磨削技术是硅片平整化加工和图形硅片背面减薄的重要加工方法,但磨削加工不可避免会在硅片的表面/亚表面产生损伤,研究磨削硅片的亚表面损伤分布对于分析硅片发生弯曲或翘曲变形的原因,确定后续工艺的材料去除厚度都具有重要的指导意义.采用角度截面显微观测法研究工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度沿晶向和径向的变化规律及光磨对磨削硅片的亚表面损伤分布的影响.结果表明,无光磨条件下磨削硅片的亚表面损伤深度在整个硅片表面分布不均匀,亚表面损伤深度沿周向在<110>晶向处大于<100>晶向,沿径向从中心到边缘逐渐增大;光磨条件下磨削硅片的亚表面损伤深度在整个硅片表面几乎是均匀的,且光磨后的硅片亚表面损伤深度明显小于无光磨条件下硅片亚表面损伤深度.     

细粒度金刚石砂轮超精密磨削硅片的表面质量

为实现硅片高质量表面的超精密磨削,研究了5000目、8000目和30 000目金刚石砂轮磨削硅片的表面质量。利用数学模型预测了硅片磨削表面的粗糙度Ra并对预测结果进行了试验验证,分析了硅片磨削表面的形貌特征;通过磨床主轴电机的电流变化对比分析了5000目、8000目和30 000目砂轮磨削过程中的磨削力变化趋势。研究结果表明：8000目砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra小于10 nm,亚表面损伤深度小于150 nm,磨削过程中的磨削力稳定,磨削质量优于5000目砂轮,磨削过程的稳定性优于30 000目砂轮。     

砂轮主轴摆动对磨削表面粗糙度的影响

降低磨削表面粗糙度，一直是磨削领域的研究课题之一。砂轮主轴摆动对磨削表面粗糙度的影响，亦需进行深入研究。砂轮不平衡量不仅使主轴平动，还造成其摆动。因此，它不仅产生加工表面波纹度，而且还影响表面粗糙度，有时甚至产生拉毛现象。一、理论分析具有不平衡量的砂轮，在高速旋转时将引起主轴系统及砂轮架的振动，其动力学模型可简化为如图1所示。图中r为砂轮架与导轨间的阻尼系数；K；为砂轮架进给机构丝杠的刚度；K。、K分别是主轴轴承刚度；a为砂轮中心面和前轴承的距离；l为主轴支承轴承跨距；b为前轴承和主轴摆动中心间距离；…     

硅片磨削砂轮的新进展

在硅片制造过程中,磨削加工已经成为非常重要的工艺手段.随着对硅片加工高质量、低成本要求的不断提高,对加工中所使用的磨削砂轮要求其具有低磨削表面损伤、良好的自锐能力、保持一致性、长寿命和低成本等性能.对硅片磨削砂轮近年来的技术进行了回顾,论述了为满足这些严格要求,在硅片磨削砂轮的磨料、结合剂材料、孔隙生成以及几何设计方面的进展.     

单晶硅纳米磨削亚表面损伤形成机制及其抑制研究

硅晶圆纳米磨削过程中产生的亚表面损伤限制了其使用寿命,亟需研究纳米磨削过程中单晶硅的亚表面损伤形成机制和抑制方法。文章首先建立了单晶硅纳米磨削的分子动力学仿真模型,研究其亚表面损伤形成机制。随后研究了磨削参数对磨削过程中磨削力、磨削温度以及亚表面损伤形成的影响机制。最后提出了单晶硅纳米磨削的损伤抑制策略。结果表明：单晶硅纳米磨削过程中结构相变和非晶化是其主要亚表面损伤形成机制。原始的Si-Ⅰ相在挤压和剪切作用下形成了Si-Ⅱ相、Si-Ⅲ相、Si-Ⅳ相、bct5-Si相以及非晶。磨削深度增加导致了磨削力和磨削温度升高,而磨削速度的增加导致磨削力减小,磨削温度升高。磨削力增大是导致亚表面损伤严重的主要原因,而一定程度的高温有利于抑制单晶硅的亚表面损伤。在纳米磨削单晶硅时,可通过减小磨削深度和提升磨削速度来实现亚表面损伤的抑制。     

砂轮不平衡量对磨削表面质量的和

文章建立了由砂轮不平衡量引起的砂轮架及主轴系统振动力学模型,对磨床主轴摆动与磨削表面质量的关系进行了理论分析和实验分析。给出了降低由主轴振动引起的表面质量下降的方法。     

CBN砂轮超高速磨削条件下加工表面粗糙度的实验研究

在高速超高速磨削工艺实验基础上,分析了砂轮线速度、切削深度、最大未变形切屑厚度等工艺参数对45#钢、40Cr两种材料磨削表面粗糙度的影响,揭示了在高速超高速磨削条件下用CBN砂轮进行磨削时,表面粗糙度值随砂轮线速度的提高而减小,随切削深度及最大未变形切屑厚度增加而加大的变化规律和机理。为特定材料在高速超高速磨削条件下的加工提供了参考依据。     

高速低粗糙度磨削中刚玉类磨料砂轮对磨削效果的影响

本文考察了五种刚玉米磨料砂轮对磨削表面粗糙度，划伤，振纹以及表面波纹度的影响，为高低粗糙度磨削砂轮磨料的合理选择提供必要的依据。     

单晶硅反射镜的超精密磨削工艺

为了实现单晶硅反射镜高效低损伤的超精密加工,研究了基于工件旋转法磨削原理的单晶硅反射镜超精密磨削工艺。通过形貌检测和成份测试的方法分析了该工艺采用的超细粒度金刚石砂轮的组织结构特征,并对单晶硅进行了超精密磨削试验,研究了超细粒度金刚石砂轮的磨削性能。通过砂轮主轴角度与工件面形之间的数学关系实现对磨削工件面形的控制。最后,采用超细粒度金刚石砂轮对Φ100mm×5mm的单晶硅反射镜进行了超精密磨削试验验证。试验结果表明,超细粒度金刚石砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra值小于10nm,亚表面损伤深度小于100nm,磨削后的单晶硅反射镜面形PV值从初始的8.1μm减小到1.5μm。由此说明采用该工艺磨削单晶硅反射镜能够高效地获得低损伤表面和高精度面形。     

Effects of taping on grinding quality of silicon wafers in backgrinding

Frontiers of Mechanical Engineering - Taping is often used to protect patterned wafers and reduce fragmentation during backgrinding of silicon wafers. Grinding experiments using coarse and fine...     

Grinding with directionally aligned SiC whisker wheel-loading-free grinding

A new grinding wheel has been developed, wherein very fine SiC whiskers are aligned normally to the grinding surface. However, the grinding wheel exhibits a tendency toward loading. In this study, a method to improve grinding efficiency was proposed. The loading of the grinding wheel could be remarkably reduced by the addition of a small amount of very fine abrasive grains to the grinding fluid. The experimental results showed that alumina of 0.6-μm grain size is most suitable, and a concentration of 0.25% wt is sufficient to prevent the loading. The grinding efficiency and grinding ratio were remarkably improved by this method.     

基于G-W模型的软固结磨粒群接触力分析研究

针对激光强化模具自由曲面的光整加工问题,对软固结磨粒群气压砂轮与模具表面接触力、下压量进行了研究,对砂轮接触模具表面时的磨粒姿态进行了分析,提出了一种基于G-W接触模型构建了软固结磨粒群接触力模型。利用ANSYS WORKBENCH对不同的下压量进行了仿真分析,得到了相应接触力的分布情况,验证了接触力模型的有效性。通过气压砂轮光整实验平台,利用Kistler 9129AA切削力测试仪对不同下压量的接触力进行了测试。研究结果表明,基于G-W的软固结磨粒群接触力模型能够用于计算气压砂轮与模具表面的接触力,接触力与下压量的成类线性关系,且线性关系良好。     

单层超硬磨料砂轮的发展与应用

传统的陶瓷和树脂结合剂的超硬磨料砂轮已不能满足生产需要,而新型的单层超硬磨料砂轮能达到极高的线速度.文中介绍了这种砂轮及其在生产中的应用.     

磨削钛合金用陶瓷CBN砂轮的研制

阐述了磨削钛合金用陶瓷结合剂CBN砂轮的研制：主要有结合剂体系的选择，CBN砂轮浓度的选择，填充剂选择，还研究了磨削时砂轮线速度对磨削效果的影响。研究试验结果表明，磨削钛合金时CBN砂轮的浓度应在125％左右，浓度太高或太低都会使磨削成本增加；填充剂应选用碳化硅而不用CBN砂轮常用的氧化铝；磨削时砂轮线速度应在45m／s以上。这些结果可作为选用陶瓷CBN砂轮磨削钛合金时的参考。     

砂轮平衡及其在磨削工程中的应用

在机械制造领域,磨削加工以其不可替代的优势,通常作为机械零件的最后加工工序.但是,磨削加工过程中却时常出现振动,致使磨削振纹成为提高零件表面质量的主要障碍.为此,全面梳理了回转体不平衡、砂轮不平衡、磨削振动和砂轮平衡精度等相关内容;分析了砂轮平衡主要表征参数、砂轮不平衡影响因素和砂轮平衡测试技术等;最后,基于磨削工程应...     

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。     

超硬磨料砂轮的合理使用

超硬磨料砂轮对磨削加工技术进步有决定性影响，本文介绍了超硬磨料砂轮合理使用的方法。