超薄石英晶片超精密抛光实验的研究

为了解决超薄石英晶片高表面质量的加工问题,以及寻求一种高效低成本的加工方法,将一种新的超精密抛光工艺应用到超薄石英晶片的加工中。给出了加工过程中的抛光原理,制定出了在研磨和抛光过程中的最优实验条件,并对加工后超薄石英晶片的粗糙度和厚度做了详细的分析;讨论了磨粒的尺寸对表面粗糙度和材料去除率的影响,同时对加工过程的材料去除机理做了论述,以表面粗糙度和厚度为评价目标对超薄石英晶片的加工特性和表面质量进行了评价。研究结果表明：使用该实验的工艺加工超薄石英晶片可以得到厚度为99．4μm、表面粗糙度为0．82nm的超光滑表面;同时,该研究还发现通过延长抛光时间可以减小石英晶片的表面残余应力,可有效控制石英晶片四角“翘曲”现象,得到更好的平面度和平行度。     

双面研磨蓝宝石衬底面形及表面粗糙度变化过程的实验研究

双面研磨作为蓝宝石衬底加工中的一道重要工序,主要目的是去除晶片表面的线切痕,使晶片表面粗糙度均匀,同时提高晶片的面形精度,使其满足一定要求。通过开展双面研磨实验,研究蓝宝石晶片的面形精度(翘曲度Warp、弯曲度Bow及总厚度偏差TTV)和表面粗糙度Ra随材料去除厚度的变化规律。在双面研磨初始阶段,翘曲度迅速减小,弯曲度减小趋势较缓,总厚度偏差和表面粗糙度值则迅速增大;随着研磨的进行,翘曲度、总厚度偏差和表面粗糙度随材料去除厚度的增大变化不大,而弯曲度Bow则随材料去除厚度的增大而逐渐减小,达到一定程度后则趋于稳定。研究结果对优化蓝宝石晶片双面研磨加工工艺、提高蓝宝石晶片双面研磨加工精度和加工效率具有重要意义。     

线切蓝宝石晶片面形质量评价方法的试验研究

多线切割广泛应用于硬脆材料的切片加工,线切后晶片的面形质量会对后续研磨抛光加工工艺产生较大影响。提出了一种针对线切片面形质量的评价指标：线切片最小加工余量(MMA);设计出MMA的测量原理,并给出具体实施方法;分析了不同工艺参数下线网不同位置处MMA的变化规律。试验结果表明,提出的评价指标能够更好地反映线切加工工艺参数对晶片面形质量的影响规律。     

蓝宝石基片的单面研磨工艺研究

为了实现蓝宝石基片的快速平坦化,对蓝宝石基片进行系统的单因素单面研磨试验,研究了磨料种类、磨料粒径、研磨盘转速、研磨压力以及磨料质量分数等研磨工艺参数对蓝宝石基片材料去除率和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:金刚石磨料适合蓝宝石基片的单面研磨;随着磨料粒径的增大,材料去除率逐渐增大,表面越来越粗糙;随着研磨盘转速的增大,材料去除率先增大后减小,表面粗糙度值在20～60 r/min区间变化不大,稳定在Ra 0. 12～Ra 0. 13μm之间,而在60～100 r/min区间波动较大,当研磨盘转速为60 r/min时,材料去除率最大;随着研磨压力的增大,材料去除率逐渐增大,而表面粗糙度值越来越低;随着磨料质量分数的增大,材料去除率先增大后减小,表面粗糙度先增大然后趋于平缓,当磨料质量分数为3 wt%时,材料去除率最大,且表面粗糙度值相对较小;最后通过正交试验优化了工艺参数,在优化的工艺条件下依次选用粒径为W40、W14、W3的金刚石磨料对蓝宝石基片进行粗研、半精研及精研,取得了表面粗糙度为Ra 7. 9 nm的平坦表面。     

研磨工艺对工件表面粗糙度及残余应力的影响

通过试验探讨了研磨过程中磨料粒度、研磨压力和研磨速度等工艺参数对工件表面粗糙度及残余应力的影响。试验结果表明,磨料粒度和研磨压力对工件表面粗糙度的影响较大,而研磨速度的影响较小;研磨使工件表面产生残余压应力,日残余压应力随磨料粒度、研磨压力及研磨速度的增大而增大。     

激光辅助水射流加工砷化镓晶片微槽的实验研究

对干激光、低压水射流辅助激光和激光辅助水射流技术加工砷化镓晶片微槽进行了对比实验，结果表明，激光辅助水射流技术适合加工砷化镓材料，它能够加工出晶片表面无污染、大深度、小热影响区宽度、大深宽比的高质量微槽，加工表面微观形貌均匀、微裂纹少，优于其他两种加工方式。实验研究了激光辅助水射流加工砷化镓晶片微槽的切割性能，结果表明，加工参数(激光脉冲能量、水射流压力、加工速度、水射流倾斜角度、焦平面位置和加工次数)对微槽深度、微槽宽度和材料去除率具有显著影响。微槽深度、微槽宽度和材料去除率随着激光脉冲能量的增大而增大，随着水射流压力的增大而减小，材料去除率随着加工速度的增大而显著增大。     

硅晶片抛光加工工艺的试验研究

双面抛光已成为硅晶片的主要后续加工方法,但由于需要严格的加工条件,很难获得理想的超光滑表面.本文设计了新的硅片双面抛光加工工艺路线,并在新研制的双面抛光机上对硅晶片进行抛光加工,通过试验,研究了不同加工参数对硅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,试验结果表明:在优化试验条件下硅晶片可以获得表面粗糙度0.533 nm的超光滑表面.     

行星式研磨抛光机传动机构改造及试验

针对传统双面抛光机存在的抛光过程中的加载均匀性问题,对抛光机传动机构进行优化改进设计,并在此抛光机上对硅晶片进行抛光加工试验,通过试验研究了不同加工参数对硅晶片表面粗糙度和材料去除率的影响。试验研究结果表明:传动机构优化设计提高了行星式研磨抛光机床的精度和系统性能;在相同的加工速度下,改造前后抛光机的加工效率接近,改造后对工件加工的表面粗糙度约为改造前的1/3。该设备的改造设计对提高抛光机的加工精度有重要意义。     

新型研磨垫对单晶氧化镓研磨的实验研究

为抑制氧化镓晶片在研磨过程中的解理现象,通过NAKAMURA的方法,重新设计、研制一种黏弹性固着磨料新型研磨垫对氧化镓晶片进行研磨实验研究,对比分析其与传统铸铁研磨盘对单晶氧化镓研磨的材料去除率和表面质量的影响规律,结果表明:在同一研磨参数下,采用铸铁盘研磨时,晶片材料去除率较高,为358 nm/min,研磨后晶片表面粗糙度Ra由初始的269 nm降低到117 nm,降幅仅为56. 5%;而采用新型研磨垫研磨时,其材料去除率虽较低,为263nm/min,但研磨后晶片表面粗糙度Ra却降低至58 nm,降幅达到78. 4%,晶片表面质量得到明显提高,为后续氧化镓晶片的抛光奠定了良好的基础,因而新型研磨垫更适合对氧化镓进行研磨。同时,也为氧化镓晶片研磨提供了参考依据。     

磁力研磨法加工弯管内表面的工艺参数优化

利用磁力研磨法,使安装在六自由度机械手的磁力研磨装置带动弯管内部的磁粒刷沿弯管中心轴线往复运动,同时磁力研磨装置旋转,解决空间弯管内表面研磨加工的技术难题。选取了影响磁力研磨工艺抛光弯管内表面的主要工艺参数（磁极转速、加工间隙、磁性磨粒粒径、轴向进给速度）并应用正交试验设计法对钛合金弯管内表面进行了研磨试验,结合试验数据对工艺参数进行了分析和优化。通过对比钛合金弯管内表面研磨前后的表面粗糙度及形貌变化,验证了采用磁力研磨工艺对弯管内表面进行光整加工的可行性和可靠性。     

蜂窝状结构半固结磨料研磨盘的制备及应用

针对传统半固结研磨盘由于盘面较软使得加工衬底面形精度难以保证的问题,提出一种蜂窝状结构的半固结磨料研磨盘的设计与制备方法。该研磨盘采用环氧树脂蜂窝结构作为支撑“骨架”,减小研磨盘的变形,以保证研磨衬底的面形精度,同时采用含有金刚石磨粒的凝胶体作为半固结研磨介质实现对衬底的研磨加工,获得了较好的衬底表面质量。基于该原理制备了一套新型研磨盘,并用于蓝宝石衬底的双面研磨加工。试验结果表明,研磨后衬底表面粗糙度较小,表面划痕和裂纹少,能够获得较好的表面质量;相应地,研磨后蓝宝石衬底的面形精度不仅没有变差,反而得到很大的改善,研磨后衬底的翘曲度、弯曲度和总厚度偏差均大幅减小。另外,研磨效率也相对较高,材料去除率可达0.3～0.4 μm/min。试验结果证明了该新型结构研磨盘不仅可以获得较好的表面质量和较高的研磨效率,同时还可提高衬底的面形精度,可用于面形精度要求较高的薄片衬底零件的精密研磨加工。     

3MZ3216C球轴承沟道精研机振荡器的改进

针对3MZ3216C球轴承外圈沟道精研机振荡器球面连杆与轴承间产生间隙后影响产品质量且维修困难等问题,对振荡器结构进行了改进,使维修简单迅速,减少了停机时间,保证了产品质量。     

SrTiO3陶瓷基片集群磁流变研磨加工表面特性研究

采用集群磁流变效应研磨加工工艺进行SrTiO3陶瓷基片研磨加工,分析了研磨盘材料、磨粒种类、研磨压力和磨粒团聚等因素对SrTiO3陶瓷基片表面粗糙度和表面完整性的影响。 结果表明:磁流变效应研磨工作液中的SiC、Al2O3和CeO2等磨料的大尺寸磨粒在SrTiO3陶瓷基片研磨加工表面产生的局部大尺寸划痕破坏了加工表面的完整性;采用铸铁研磨盘和SiO2磨料的磁流变研磨工作液研磨加工后,原始表面粗糙度Ra从约1.7854μm下降到0.6282μm,并且表面完整,SrTiO3材料与SiO2磨料之间存在的化学机械研磨过程促进了研磨加工表面性能的改善;研磨压力也是影响研磨加工表面粗糙度和大尺寸划痕的主要因素之一,研磨压力取较小值(1.875kPa）为宜。      

光学硬脆材料固结磨料研磨中的亚表面损伤预测

研磨过程中亚表面损伤层深度的正确预测是研磨工艺参数制定的重要依据。针对固结磨料的研磨特点,选择两种典型光学硬脆材料(镁铝尖晶石和石英玻璃),采用离散元仿真技术,分别建立了两种材料的二维离散元模型,分析了工艺参数对光学硬脆材料亚表面损伤(裂纹)层深度的影响。而后,采用角度抛光法测量了镁铝尖晶石和石英玻璃的亚表面损伤层深度,进行了实验验证。结果表明:采用固结磨料研磨时,磨粒粒径对光学硬脆材料亚表面损伤的影响相当显著,在相同研磨工艺条件下,随着磨粒粒径的增大,亚表面损伤层深度和微裂纹密集程度明显增加。离散元仿真结果与实验结果的对比表明:采用离散元技术可以对光学硬脆材料的亚表面损伤深度进行快速有效的预测,从而为后续的研磨抛光工艺提供参考与指导。     

锗片的高速机械化学研磨工艺研究

锗在红外光学系统和半导体器件制造中应用广泛,在实际应用中对锗片的表面质量如粗糙度、平面度和亚表面层破坏深度等要求较高,一般需要通过研磨和抛光的加工工艺才能实现。为达到对锗片高效和高质量机械化学研磨,首先分析了锗片高速研磨原理,并建立了相应的数学模型;然后通过实验研究了研磨压力、主轴转速、磨料成分和粒度,以及材料去除速率等因素对研磨效果的影响;最后,提出了以提高加工效率和加工质量为目的的机械化学研磨加工策略。     

铌酸锂晶体的研磨亚表面损伤深度

针对光学材料研磨过程引入的亚表面损伤层(SSD)深度对工件的抛光工序效率和表面质量的影响,探索了光学材料在研磨过程中的亚表面损伤规律。采用角度抛光的方法测量了软脆材料铌酸锂(LN)晶体的损伤层深度,分析了研磨方式、磨粒粒径和研磨压力对工件亚表面损伤层的影响规律。结果表明:研磨方式对损伤缺陷的影响最为显著,相同研磨条件下游离磨料研磨后的损伤层深度约为固结磨料研磨的3~4倍,游离磨料研磨后工件亚表面存在多处圆弧形裂纹,固结磨料研磨后主要显现细小裂纹和"人"字型裂纹;当磨粒粒径从W28下降到W14后,游离研磨的亚表面损伤层深度下降至原来的45%,而固结研磨的损伤层深度下降至30%;另外,研磨压力的降低有利于减小工件的亚表面损伤。该研究对LN晶体研磨方式及研磨工艺的选择具有指导意义。     

光纤端面研磨加工机理研究

给出了研磨光纤时的材料去除机理,选用粒度为微米及亚微米级的金刚石磨料砂纸,在研磨压力为0.48Mpa时,在KE-OFP-12型光纤连接器研磨机上对光纤端面进行了研磨实验.结果表明:光纤研磨加工的材料去除存在脆性断裂、半脆性半延性、延性等3种模式.材料去除模式主要取决于磨料的平均粒度,磨料粒度为3μm时,为脆性断裂到延性研磨的临界转换点.并从理论上对结果进行了分析,光纤以延性模式研磨加工时,光纤表面粗糙度Ra可达到纳米级,其表面看不到任何划痕,而光纤以脆性断裂模式研磨加工时,其表面粗糙度只能达到亚微米级,证明材料以延性模式去除是提高光纤表面质量的有效方法.     

光纤连接器端面研磨装置运动分析

分析了一种具有两个自由度的双驱动行星式光纤连接器端面研磨装置的运动原理,并求解出光纤连接器在研磨时相对于研磨盘(研磨砂纸)的运动轨迹。通过引入定义"速比",建立了研磨装置两个独立主动件之间的转速关系。针对光纤连接器研磨中存在的问题,从速比入手,以运动轨迹曲线、研磨运动路程偏差、切削速度、速度周期变换系数为纽带,将研磨运动、研磨工艺以及研磨质量联系起来,得出了一组优化的光纤连接器研磨装置的运动参数。当系杆的转速设定为132 r/min时,根据粗、精研磨不同的工艺要求,其内齿轮的转速应在31~54 r/min调整。此时,速度周期变换系数小于2.2;运动路程偏差小于0.5%;研磨运动轨迹密集而不重复。实验证明了分析结果的正确。     

四轴球体研磨机超精密研磨的机理及试验

根据四轴球体研磨机弹簧加压和高点切削作用,运用创成性加工原理和误差均匀化效应对四轴球体研磨机能实现球体超精密研磨的机理作了深入地探讨,解释了该机“以粗干精”的特性,提出了实现球体超精密研磨的基本工艺方法.并以此作指导,对小型静电陀螺仪球形转子的研磨进行了验证.