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。     

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；…     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

磨削参数对陶瓷结合金刚石砂轮磨削硬质合金表面粗糙度的影响

采用因素分析法,研究了不同条件下磨削参数的变化对陶瓷结合金刚石砂轮磨削硬质合金表面粗糙度的影响,分析了影响硬质合金表面加工质量的原因,并提出提高硬质合金表面加工质量的方法。     

CBN砂轮磨削锭杆的试验研究

分别用CBN砂轮和棕刚玉砂轮对锭杆锭尖进行磨削加工试验，并对2种砂轮磨削后的尺寸形状精度、表面粗糙度、表层金相组织及显微硬度进行了测试、分析和对比。试验结果和生产实践均表明，锭杆锭尖经CBN砂轮磨削后，表面尺寸形状精度和表面粗糙度均得到了明显改善，而且不产生烧伤，生产效率也大大提高。     

超细CeO2磨料对硅片的抛光性能研究

用均相沉淀法制备了不同形状和尺寸的CeO2超细粉体，并配制成不同pH值的抛光液对硅片进行化学机械抛光。研究了不同粒径CeO2磨料的抛光效果，结果表明，微米级的CeO2磨料粒径比较大，切削深度比较深，材料的去除是以机械作用为主。随着磨料粒径的减小，切削深度随之减小，材料以塑性流动的方式去除，最终在2μm的范围内得到了微观表面粗糙度Ra=0．120nm的超光滑表面。实验证明，CeO2磨料对硅片具有良好的抛光效果。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工表面微观形貌的研究

对砂轮约束磨粒喷射精密光整加工表面微观形貌进行分析，研究了工件表面尖峰去除机理和均化及改善波纹度机理。利用平面磨床M7120对精磨后的Q235A工件材料进行喷射加工实验，采用TALSURF5轮廓仪测量加工后表面的微观几何参数值，用扫描电镜观察表面微观形貌变化，用金相显微镜观察磨削烧伤。实验结果表明，随着加工循环次数的增加，表面微观形貌由方向一致的沟槽过渡到随机的、无方向性的微细凹坑，表面粗糙度值明显降低，喷射加工能减轻或消除磨削烧伤。     

工件旋转法磨削硅片的磨粒切削深度模型

半导体器件制造中,工件旋转法磨削是大尺寸硅片正面平坦化加工和背面薄化加工最广泛应用的加工方法。磨粒切削深度是反映磨削条件综合作用的磨削参量,其大小直接影响磨削工件的表面/亚表面质量,研究工件旋转法磨削的磨粒切削深度模型对于实现硅片高效率高质量磨削加工具有重要的指导意义。通过分析工件旋转法磨削过程中砂轮、磨粒和硅片之间的相对运动,建立磨粒切削深度模型,得到磨粒切削深度与砂轮直径和齿宽、加工参数以及工件表面作用位置间的数学关系。根据推导的磨粒切削深度公式,进一步研究工件旋转法磨削硅片时产生的亚表面损伤沿工件半径方向的变化趋势以及加工条件对磨削硅片亚表面损伤的影响规律,并进行试验验证。结果表明,工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度沿硅片半径方向从边缘到中心逐渐减小,随着砂轮磨粒粒径、砂轮进给速度、工件转速的增大和砂轮转速的减小,加工硅片的亚表面损伤也随之变大,试验结果与模型分析结果一致。     

多线砂轮复合自动修磨装置的设计与精度检验

多线砂轮复合自动修磨装置采用CNC数控系统,利用两个独立金刚石滚轮休整器,实现单支和多支砂轮的高精度修磨,极大地降低了人工操作带来的加工误差,提高了产品加工精度和效率。通过表面粗糙度检测数据可知,具有多线砂轮复合自动修磨装置的数控丝锥螺纹磨床完全符合加工精度要求。同时,采用多元回归方程建立基于砂轮修整参数的表面粗糙度预测模型,并设计单因素试验,得到砂轮修整参数与表面粗糙度之间的关系。由显著性分析结果得出,径向修整进给量是影响表面粗糙度的主要因素。     

钢轨砂带打磨与砂轮打磨综合性能对比实验研究

基于自主研发的锂电驱动钢轨砂带打磨机和砂轮打磨机,以60N型钢轨廓形作为实验对象,全面对比了新型钢轨砂带打磨技术和传统砂轮打磨技术的性能。结果表明：当打磨压力在45～75 N范围内时,砂带打磨的材料去除率约为砂轮打磨的15～30倍,而当压力增大到90 N时,砂带打磨的材料去除率高达砂轮打磨的102倍;砂带打磨的振动加速度、噪声和能耗均小于砂轮打磨;砂带打磨切屑为带状,而砂轮打磨则表现为高温熔融状,同时当打磨压力增大到105 N时,砂轮打磨后钢轨表面会出现发蓝现象,而砂带打磨不会;此外,砂带打磨的横向表面粗糙度大于砂轮打磨,最高可达8μm,但满足中国铁路钢轨养护要求的最大值10μm。综上,钢轨砂带打磨技术在材料去除率、振动、噪声、能耗和温度等方面显著优于传统砂轮打磨技术,预期将成为工程实际中解决钢轨严重病害问题的有效方法之一。     

六轴联动叶片砂带抛磨中接触轮姿态的确定

对六轴联动数控砂带抛磨机床在叶片自由形面加工过程中接触轮的位姿进行了研究。以加工过程中接触轮与被加工曲面法向接触为出发点,提出了针对接触轮在加工过程中位姿的定义方法。分析了接触轮母线形式对被加工区面适应能力的影响。为避免加工过程中干涉,基于接触轮旋转自由度的有效空间,提出了避免干涉的方法。以切削带宽最大为目标,提出了接触轮第六自由度的控制原则;并对接触轮的位姿控制参数进行了仿真验证。     

全陶瓷球轴承套圈沟道精密磨削用砂轮修整试验

为提高金刚石圆弧砂轮外缘轮廓精度,减少全陶瓷球轴承套圈沟形误差,采用金刚石碟片对树脂基金刚石圆弧砂轮进行修整;对比修整前后砂轮的表面形貌及套圈沟形误差,验证砂轮的修整效果.修整后砂轮表面出现光泽,露出表面的金刚石磨粒明显增多,部分金刚石磨粒破碎,形成新切削刃或脱落,增大容屑空间;修整前沟形误差的平均值为5.823μm,...     

磁性磨粒的磨削机理与制备工艺

分析了磁力研磨加工过程中单个磁性磨粒的受力状况和磨削机理 ,论述了磁性磨粒的性能要求和制备工艺。