用于金刚石摩擦化学抛光的Ni-W合金盘制备

为探究镀液成分、工艺条件等因素对Ni-W合金镀层的影响,制备出低内应力、高硬度的Ni-W合金盘,用于金刚石的摩擦化学抛光。采用单一性实验分别探究络合剂浓度、溶液pH、糖精钠浓度对镀层内应力、钨含量、硬度以及沉积速率的影响,并探究不同添加剂对镀层表面整平的效果。最终选用水杨醛为整平剂,并采用反向脉冲电流降低了镀层表面粗糙度,制备出硬度达HV 713,镀层厚度约为0.66 mm的Ni-W合金盘。使用合金盘对金刚石进行摩擦化学抛光,并探究合适的抛光工艺参数。在合金盘转速为8000 r/min,压力为40 N时,金刚石的抛光效果较好,其材料去除率为5.56μm/min,磨削比达0.394,金刚石表面粗糙度Sa为3.7 nm。使用传统铸铁盘对金刚石进行摩擦化学抛光,通过对比磨损参数发现,Ni-W合金盘能够达到更好的抛光效果。

单晶金刚石切削模具钢磨损机理的分子动力学仿真

为了研究金刚石刀具切削模具钢过程中刀具的磨损机理,建立了金刚石切削模具钢的仿真模型.通过观察切削过程中金刚石原子空间角度变化情况,分析刀具的切削温度、径向分布函数(RDF)和配位数,进一步阐明了金刚石纳米级切削铁的过程中刀具的微观磨损机理,并利用金刚石刀具的磨损实验验证仿真结果.结果表明:铁原子含有未配对d电子,并且铁在(111)面上与金刚石(111)面上的原子符合垂直对准原则,这两个原因导致铁易与金刚石原子形成化学键,与金刚石(111)面上符合垂直对准原则的铁原子同时驱动金刚石原子运动,促使金刚石结构转化为石墨结构.进行了金刚石磨损实验,结果表明:铁与金刚石中的碳产生碳化铁,刀具由金刚石结构转变为石墨结构,铁对金刚石石墨化具有催化作用.

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅰ．制备陶瓷球最佳工艺参数的选择

为了加速航空发动机技术的发展，研制混合式陶瓷轴承是一个值得重视的研究方向。研制这种轴承的关键在于陶瓷球的高效高精度加工。在这方面，常规的磨削加工方法很难满足实用要求。因此，利用一种新的磁流体研磨法加工Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球，首先对这种方法的基本原理与装置和研磨试验条件与方法作了简要阐述，进而通过一系列的试验研究，考察了将Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球毛坯研磨成成品球的研磨效率分别随驱动轴转动速度、加工载荷和磨粒粒径等的变化规律，筛选出磁硫体研磨法加工氮化硅陶瓷球的最佳工艺参数：驱动轴转动速度为５０００ｒ／ｍｉｎ，加工载荷为２Ｎ，磨粒粒径为０．０４ｍｍ，研磨时间为５分钟。研究表明，磁流体研磨法加工陶瓷球的精度高，研磨效率是常规研磨法的近３０倍。研究结果在发展陶瓷材料的工程应用及其摩擦学研究方面，都具有良好的参考价值和实用价值。

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究Ⅱ．滚珠轴承的运行和润滑试验

混合式陶瓷轴承的性能优异，是一种应用前景十分广阔的新型高速轴承。但是，目前对其研究还不够充分，特别在这种轴承的润滑试验研究方面几乎还是个空白，因此，对混合式陶瓷轴承进行了运行和润滑试验，并且利用扫描电子显微镜对试验后的陶瓷球表面进行了观察。在同种润滑剂润滑下的温升对比试验表明，陶瓷球轴承的温升比钢球轴承的低，可见前者的高速运行性能比后者的好；在其它试验条件相同的情况下，利用２０＃机械油和含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油等６种润滑剂分别进行的润滑试验表明，润滑剂的粘度越大，陶瓷球轴承的温升越高；纯水对陶瓷球轴承的润滑性能良好，利用其润滑时的轴承温升很低。这种结果除与水的粘度非常低有关以外，还同Ｓｉ３Ｎ４陶瓷与水发生的摩擦化学反应有关。扫描电子显微镜观察发现，在含３％（ｗｔ）超细石墨金刚石粉的２０＃机械油润滑下，试验后的个别陶瓷球表面有相当深的麻坑出现，这是陶瓷球毛坯内部气孔等缺陷经过金刚石微粉“抛光”作用而显露出来的结果。

磁粒研磨加工技术

磁粒研磨加工技术是磁场在机械加工领域的应用之一。研究表明:磁粒研磨是加工内圆和外圆等复杂曲面的有效方法。阐述了磁粒研磨加工的原理、特点和影响因素等。

基于LOM原型快速制造电火花加工电极的研究

利用LOM原型 ,把化学镀、电铸和电弧喷涂技术结合起来快速制造电火花加工电极 ,是实现模具快速制造的有效途径。本文分析了LOM原型化学镀工艺的关键问题 ,通过反复试验 ,解决了LOM纸质原型的导电化问题 ,并经过脉冲电铸铜及以电弧喷涂紫铜作背衬 ,得到了适用于电火花成形加工的电铸铜电极。该工艺方法尤其适合于生产中。

有限元法在旋转磁场磁粒研磨加工技术中的应用

磁场分布是影响磁粒研磨加工的重要因素之一 ,研究磁场分布的主要方法是数值计算法。本文介绍了旋转磁场磁粒研磨加工的基本原理 ,并用有限元法对旋转电磁场进行了计算 。

磁场影响电化学加工的实验研究

通过实验介绍了磁场电化学加工。实验结果表明，洛仑兹力和电场力的结合，改变了电解质离子运动轨迹，加速电化学反应，从而提高了加工效率、降低了表面粗糙度值。

超大规模集成电路制造中硅片平坦化技术的未来发展

在集成电路(IC)制造中,化学机械抛光(CMP)技术在单晶硅衬底和多层金属互连结构的层间全局平坦化方面得到了广泛应用,成为制造主流芯片的关键技术之一。然而,传统CMP技术还存在一定的缺点或局限性,人们在不断完善CMP技术的同时,也在不断探索和研究新的平坦化技术。在分析传统CMP技术的基础上,介绍了固结磨料CMP、无磨料CMP、电化学机械平坦化、无应力抛光、接触平坦化和等离子辅助化学蚀刻等几种硅片平坦化新技术的原理和特点以及国内外平坦化技术的未来发展。

细粒度金刚石砂轮形貌测量与评价

采用基于扫描白光干涉原理的三维表面轮廓仪对粒度为3 000的金刚石砂轮表面形貌进行测量,其图像拼接功能可以确保较高的横向分辨率、较高的垂直分辨率和较大的取样面积。利用频谱分析方法对砂轮表面的频率构成进行分析,通过理想的低通数字滤波消除测量仪器引起的系统噪声和砂轮表面的高频分量,然后重建砂轮表面的三维形貌,在此基础上得出砂轮的磨粒出刃高度、静态有效磨粒密度、磨粒平均间距。研究表明,采用细粒度金刚石砂轮进行超精密磨削时,磨粒出刃高度大体上服从正态分布,静态有效磨粒密度远低于理论磨粒密度,真正起切削作用的磨粒数量极少。

大直径硅片超精密磨削技术的研究与应用现状

随着IC制造技术的飞速发展 ,为了增加IC芯片产量和降低单元制造成本 ,硅片趋向大直径化 ,原始硅片的厚度也相应增大以保证大尺寸硅片的强度 ;与此相反 ,为了满足IC封装的要求 ,芯片的厚度却不断减小 ,需要对图形硅片进行背面减薄。硅片和芯片尺寸变化所导致的硅片加工量的增加以及对硅片加工精度和表面质量更高的要求 ,使已有的硅片加工技术面临严峻的挑战。本文详细分析了传统硅片加工工艺的局限性 ,介绍了几种大直径硅片超精密磨削加工工艺的原理和特点 ,评述了国内外硅片超精密磨削技术与装备研究和应用的现状及发展方向 ,强调了我国开展大直径硅片超精密磨削技术和装备研究的必要性。

大尺寸硅片背面磨削技术的应用与发展

集成电路芯片不断向高密度、高性能和轻薄短小方向发展,为满足IC封装要求,图形硅片的背面减薄成为半导体后半制程中的重要工序。随着大直径硅片的应用,硅片的厚度相应增大,而先进的封装技术则要求更薄的芯片,超精密磨削作为硅片背面减薄主要工艺得到广泛应用。本文分析了几种常用的硅片背面减薄技术,论述了的基于自旋转磨削法的硅片背面磨削的加工原理、工艺特点和关键技术,介绍了硅片背面磨削技术面临的挑战和取得的新进展。

ULSI制造中硅片化学机械抛光的运动机理

从运动学角度出发,根据硅片与抛光垫的运动关系,通过分析磨粒在硅片表面的运动轨迹,揭示了抛光垫和硅片的转速和转向以及抛光头摆动参数对硅片表面材料去除率和非均匀性的影响.分析结果表明:硅片与抛光垫转速相等转向相同时可获得最佳的材料去除非均匀性及材料去除率.研究结果为设计 CMP机床,选择 CMP的运动参数和进一步理解CMP的材料去除机理提供了理论依据.

集成电路制造中的固结磨料化学机械抛光技术研究

经过对传统化学机械抛光技术的研究与分析,指出了目前ULSI制造中使用的传统化学机械抛光技术的缺点,通过对固结磨料化学机械抛光中的抛光垫结构、抛光机原理及抛光液的分析,得出了固结磨料化学机械抛光技术的优点,同时还对硅片固结磨料化学机械抛光的缺陷进行了研究。

用Nd:YAG激光焊接殷钢薄板材料

用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36分别进行了平板单道焊接试验和对焊试验,分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。检测了0.85mm厚的殷钢薄板对焊接头的硬度、成分以及拉伸强度。结果表明:激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区面积的主要因素;扫描速度对焊缝表面的鱼鳞状条纹间距影响尤为明显;离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性;合理匹配工艺参数能够实现0.85mm厚度薄板的对焊,并且获得形貌良好的焊缝。焊缝的组织成分没有发生明显变化,拉伸强度和基体强度相当,显微硬度略低于基体硬度。

硅片化学机械抛光时运动形式对片内非均匀性的影响分析

分析了目前几种常见的化学机械抛光机中抛光头与抛光垫的运动关系,针对不同的硅片运动形式,计算了磨粒在硅片表面的运动轨迹;通过对磨粒在硅片表面上的运动轨迹分布的统计分析,得出了硅片在不同运动形式下的片内材料去除非均匀性。从硅片表面材料去除非均匀性方面,对几种抛光机的运动形式进行了比较,结果表明,抛光头摆动式抛光机所产生的硅片内非均匀性最小。该研究为化学机械抛光机床的设计和使用中选择和优化运动参数提供了理论依据。

化学机械抛光中的硅片夹持技术

目前半导体制造技术已经进入0.13mm时代,化学机械抛光(CMP)已经成为IC制造中不可缺少的技术。本文描述了下一代IC对大尺寸硅片(≥300mm)局部和全局平坦化精度的要求,介绍了目前工业发达国家在化学机械抛光加工中硅片夹持技术方面的研究现状,分析了当前硅片夹持技术中存在的问题,并指出了未来大尺寸硅片超精密平坦化加工中夹持与定位技术的发展趋势。

光学石英玻璃纳米级加工性能

提出了一种石英玻璃仿真模型的构建方法,并应用分子动力学（MD）仿真结合纳米压痕实验对石英玻璃进行了纳米级加工性能的研究.通过计算石英玻璃模型的密度和纳米硬度,验证了模型的准确性.对石英玻璃进行了纳米压痕实验,得到了压痕曲线并观察了纳米压痕形貌.最后,对纳米级压痕过程进行了仿真,通过计算配位数研究了损伤层的形成及扩展机理.计算得到的石英玻璃模型的纳米硬度约为9.7～10.7 GPa,密度约为2.28 g/cm^3,与实际测量结果基本一致.仿真结果表明：石英玻璃有着稳定的塑性变形和少量的弹性变形,且存在压痕的尺寸效应.当压头压下时会形成大量的原子稠密区,失去原来共价键的强度,形成损伤层;而表面形貌主要是由于压头向两侧挤压原子和压头的黏附作用形成的.仿真和实验结果都表明石英玻璃比较适合超精密加工.

过渡金属作用下的金刚石石墨化机理研究

从电子和原子角度解释了过渡金属对金刚石石墨化催化作用的机理,即过渡金属具有空d轨道,并且在某一面上与金刚石(111)面原子符合对准原则。为了验证此结论,基于第一性原理建立铬、铁、钴、钛、铂、铝、铜原子与金刚石原子的作用模型,进行仿真计算,得到不同过渡金属对金刚石石墨化的影响规律。仿真结果表明:Cr、Fe、Co、Ti、Pt作用下的金刚石结构出现不同程度的石墨化现象,而Al、Cu作用下的金刚石无石墨化现象。不同金属作用下金刚石原子结构的平面度由小到大依次为铁、铬、钴、钛、铂、铝、铜;碳原子间方差由小到大依次为铁、铬、钴、铂、钛、铝、铜;系统能量变化由大到小的顺序依次为铁、铬、钴、铂、钛。通过比较,铁、铬、钴原子对金刚石石墨化具有明显的催化作用,铂、钛原子有一定的催化作用,而铝、铜原子则无催化作用。当金属具有空d轨道且与金刚石在一定面上符合对准原则,未配对电子越多,金属对金刚石石墨化的催化作用越强;反之,当金属价电子层无d轨道或d轨道电子是充满状态时,金属对金刚石石墨化无催化作用。该研究为利用金刚石石墨化机理刃磨金刚石刀具提供了理论基础。

铜化学机械抛光中的平坦性问题研究

铜的化学机械抛光(Cu-CMP)技术是ULSI多层金属布线结构制备中不可缺少的平坦化工艺。Cu-CMP后硅片表面的蝶形、侵蚀等平坦性缺陷将降低铜线的最终厚度和增大电阻率,从而降低器件性能和可靠性。而且可能进一步影响硅片的面内非均匀性(WIWUN),在多层布线中导致图案转移的不准确。本文介绍了对Cu-CMP平坦性的仿真、模拟和实验研究,并着重分析了碟形、侵蚀和WIWUN与抛光液、线宽和图案密度、抛光速度和载荷等相关参数的关系。