超精密晶圆减薄砂轮及减薄磨削装备研究进展

在芯片制程的后道阶段,通过超精密晶圆减薄工艺可以有效减小芯片封装体积,导通电阻,改善芯片的热扩散效率,提高其电气性能、力学性能。目前的主流工艺通过超细粒度金刚石砂轮和高稳定性超精密减薄设备对晶圆进行减薄,可实现大尺寸晶圆的高精度、高效率、高稳定性无损伤表面加工。重点综述了目前超精密晶圆减薄砂轮的研究进展,在磨料方面综述了机械磨削用硬磨料和化学机械磨削用软磨料的研究现状,包括泡沫化金刚石、金刚石团聚磨料、表面微刃金刚石的制备方法及磨削性能,同时归纳总结了软磨料砂轮的化学机械磨削机理及材料去除模型。在结合剂研究方面,综述了金属、树脂和陶瓷3种结合剂的优缺点,以及在晶圆减薄砂轮上的应用,重点综述了目前在改善陶瓷结合剂的本征力学强度及与金刚石之间的界面润湿性方面的研究进展。在晶圆减薄超细粒度金刚石砂轮制备方面,由于微纳金刚石的表面能较大,采用传统工艺制备砂轮会导致磨料发生团聚,影响加工质量。在此基础上,总结论述了溶胶–凝胶法、高分子网络凝胶法、电泳沉积法、凝胶注模法、结构化砂轮等新型工艺方法在超细粒度砂轮制备方面的应用研究,同时还综述了目前不同的晶圆减薄工艺及超精密减薄设备的研究进展,并指出未来半导体加工工具及装备的发展方向。

砂轮表面的磨料球自组装叶序排布原理

为实现磨料球在砂轮基体表面有序化的自组装,提出一种叶序排布磨料球砂轮的自组装制造方法。从有界空间球体最密堆积结构原理与植物组织的柱面叶序结构理论出发,设计一种磨料球自组装砂轮的实验方法。首先对磨料球自组装过程进行仿真分析,然后探讨相关尺寸参数与自组装结构之间的关系,并经过计算得到不同尺寸参数下磨料球自组装结构。结果表明:通过自组装方法能实现磨料球在砂轮基体表面的叶序排布;当磨料球直径恒定时,磨料球在砂轮基体表面形成的叶序排布结构的叶序系数随着砂轮基体直径的增大而减小;当砂轮基体直径恒定时,磨料球在砂轮基体表面形成的叶序排布结构的叶序系数随着磨料球直径的增大而增大。

陶瓷磨削用多层钎焊金刚石砂轮的研制

为解决传统树脂、电镀金刚石砂轮磨削陶瓷材料时存在的磨削寿命短、砂轮易堵塞烧伤等问题,分析利用钎焊金刚石技术制备陶瓷磨削用多层钎焊金刚石砂轮的可行性。结合钎料组分优选,制备具有开槽结构的多层钎焊金刚石砂轮,并对99.9%高纯度的Al_(2)O_(3)陶瓷进行磨削性能试验。结果表明:树脂、电镀金刚石砂轮分别存在磨削效率低和磨削寿命不足的问题,单层钎焊金刚石砂轮磨削效率较高但磨削寿命有限,多层钎焊金刚石在保持高磨削效率的同时磨削寿命优势明显,较单层钎焊金刚石磨轮提升约60%。在陶瓷材料磨削过程中,多层钎焊金刚石砂轮磨削效果显著,虽磨粒出露高度有限,但开槽设计的排屑效果显著,砂轮表面不易发生陶瓷粉末黏结、堵塞。

金刚石砂轮盘轮廓精度检测及盘面精密修整方法

金刚石砂轮盘的轮廓精度检测及盘面精密修整是金刚石刀具制造领域的关键问题。首先为实现砂轮盘轮廓误差的高精度测量,提出一种基于激光三角测量的在位测量方法,实现了砂轮盘面误差亚微米级精度的高效检测。实验结果表明,该方法可以方便地评估不同精修参数下的修整精度。随后,采用单点金刚石修整法对青铜基金刚石砂轮盘进行了盘面精密修整工艺实验,分别探究了修整进给深度、主轴转速、主轴往复运动频率以及修整压力对盘面修整精度的影响,并优选了修整工艺参数,优选的工艺参数为:修整深度1µm,主轴转速3000r/min,主轴往复频率0.15Hz,接触压力14.7N。最后,不同修整精度的砂轮盘分别被用于研磨金刚石微楔形刀具。实验结果表明,所提出的砂轮盘精度检测和盘面精密修整方法对提高金刚石刀具的制造质量具有重要应用价值。

弧形金刚石砂轮机械修整研究进展

弧形金刚石砂轮因特有的弧形轮廓,常用于陶瓷、光学玻璃、硬质合金等难加工材料光学元件的精密超精密磨削加工。然而,在光学元件磨削加工过程中,由于砂轮与工件表面间的相互作用,砂轮表面受到挤压破坏,长时间磨削后会产生砂轮堵塞、砂轮磨损、砂轮尺寸和形状精度下降等问题,进而降低了磨削后光学元件的表面粗糙度、面形精度和损伤厚度等。修整弧形金刚石砂轮是解决上述问题的有效途径之一,机械修整因具有修整效率高、便于实现等特点,仍是弧形金刚石砂轮在位修整的主要应用方法。对弧形金刚石砂轮的机械修整方法进行了综述,探究了不同修整方法的修整机理与特点,分析了修整效果的评价方法,并对弧形金刚石砂轮机械修整的发展方向进行了展望。

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。

刀剪机器人开刃砂轮修整补偿系统

针对目前刀剪开刃生产效率低、质量不稳定等问题,根据机器人开刃工艺特点,设计刀剪机器人开刃砂轮修整补偿系统。介绍了这一系统的工作原理,分析了机械机构。通过数控系统进行砂轮磨损自动修整,利用数据传输与机器人控制实现数据同步,达到砂轮修整值与机械臂补偿值一致。试验结果表明,刀剪机器人开刃砂轮修整补偿系统以修整砂轮代替补偿砂轮,解决以往砂轮磨损补偿方法的不足,能够可靠保证机器人连续开刃精度的一致性,有效提高生产效率。

基于云计算的智能磨削云平台的研究与应用

工业和制造业需要信息技术的支撑,以云计算为发展方向的新一代互联网技术为工业和制造业的资源整合利用创造了全新的服务平台。针对工业云和云制造的特点,提出了将云计算应用到磨削加工领域的思想,建立了智能磨削云平台,介绍了智能磨削云平台的原理、结构和关键技术,并运用云计算技术开发的相关磨削云软件的应用情况,对智能磨削云平台的发展趋势进行了展望。

金刚石磨盘磨削的磨粒损伤特性研究

研究了钎焊金刚石磨盘和电镀金刚石磨盘磨削花岗岩的磨粒损伤形式及其与法向磨削力之间的相互关系。实验结果表明 ,钎焊金刚石磨盘的磨粒损伤形式为磨粒尖端因磨耗变成平台、切削刃破损 ;电镀金刚石磨盘的磨粒损伤不但具有上述两种形式 ,同时还有磨粒脱落 ,因而其使用寿命大为缩短 ;金刚石磨粒形态对磨削力有较大影响 ,磨削力的变化加速了磨粒形态的转化。阐述了三种磨粒损伤产生的机理和磨削力变化的成因。

一种牙科单层高温钎焊金刚石砂轮的研制

概述了金刚石工具在牙科领域的应用和发展状况。针对传统电镀砂轮的缺点 ,在国内外钎焊金刚石研究的基础上 ,采用真空炉内高温钎焊的方法 ,以NiCr1 3P9合金为钎料 ,配以少量Cr粉 ,在高温加压的条件下研制了用于牙科CERECCAD CAM系统的专用单层高温钎焊金刚石砂轮 ,并初步探索了高温钎焊金刚石砂轮的制作工艺、适当的钎焊温度及合理的升降温曲线。扫描电镜观察显示在金刚石的周围有银白色的合金包绕 ,X衍射分析发现有Cr3C2 生成 ,表明在 95 0℃的钎焊温度下实现了金刚石与钢基体间的高结合强度连接。磨削实验亦证实金刚石确有高的把持强度 。

基于多体系统理论的精密检测平台空间误差建模与补偿

针对大口径光学元件精密检测平台的工作特点及影响其空间误差的各项几何误差因素，运用多体系统理论，用低序体阵列描述多体系统拓扑结构，建立一种空间误差数学模型。综合应用激光干涉仪、球杆仪和激光位移传感器等仪器设备，提出大口径光学元件精密检测平台各项几何误差和空间误差的测量方法，并对模型中所涉及的各项几何误差进行了系统分析和全面测量，对空间误差进行补偿。误差补偿实验证明所提模型正确有效，将空间误差从补偿前一70．01～22．14μm降低到补偿后-4．22～5．8μm，大大提高了精密检测平台的测量精度。

超硬磨料砂轮激光修整技术的现状与展望

阐述脉冲激光修整技术的基本原理和特点,从超硬磨料砂轮激光修整技术的工艺参数优化、数值模拟仿真两方面对其研究进展进行综述,指出该技术目前正面临的主要问题,并对其发展方向进行预测和展望。超硬磨料砂轮激光修整技术目前已经取得了较大的进步,但基础科学理论、砂轮表面质量评价、在线精密修整技术等关键性技术仍然是该领域非常棘手的难题,有待对其进行更深层次的探索和研究。

CBN砂轮陶瓷结合剂的研究进展

本文对近年来有关CBN砂轮陶瓷结合剂的研究进展作了较详细的综述 ,介绍了陶瓷结合剂的组成 ,阐述了硼硅酸盐玻璃结合剂的机理 ,分析讨论了影响陶瓷结合剂的因素 ,对目前改进陶瓷结合剂性能 ,尤其对提高其强度的方法作了归纳和总结 ,如晶须增韧补强、CBN镀覆、改变助熔剂化学成分等方法。本文还展望了陶瓷结合剂的的研究开发趋势。

PERFORMANCE OF BRAZED DIAMOND CUP-TYPE WHEELS WITH DEFINED GRAIN PATTERN IN GRINDING CEMENTED CARBIDE

A new cup-type grinding wheel of the brazed monolayer diamond is developed with a defined grain pattern on the wheel surface. Grinding performance of the brazed wheel in the surface grinding of cemented carbide is studied. Experimental results show that when continuous dry grinding is employed, grits of the brazed diamond grinding wheel fail mainly in attritious wear and fracture modes and no pull-out ones are found in conventional electroplated and sintered diamond wheels. It indicates the strong retention of brazing alloy to diamond grits and the longer service life of the wheel. In addition, the ground surface has good roughness. The theoretical surface roughness agrees well with experimental results.

超硬磨料砂轮修整与激光修整新进展

本文介绍了超硬磨料砂轮修整的现状和特点 ,指出超硬磨料砂轮修整的关键和亟待解决的问题。重点介绍一种很有前途的修整技术———激光修整 ,分析了其国内外近年来的研究情况。作者用声光调QYAG激光对树脂结合剂CBN砂轮进行了修锐试验 ,得出了声光调QYAG激光适宜修锐树脂结合剂砂轮的结论。对今后的超硬磨料砂轮激光修整的发展方向作了展望 :建立材料热去除模型和气体动力学模型 ,完善激光修整机理的研究 ;实现激光整形和修锐过程同时进行 ;深入研究激光精密修整技术 ;开发成形砂轮激光修整技术 ;开发自适应控制修整系统 ,实现激光在线修整 ;提高修整效率。

基于多体系统理论的非球面磨削误差模型与补偿技术

为提高大中型非球面的磨削精度,从而提高非球面的加工效率,研究轴对称非球面磨削过程的误差模型,并对误差进行补偿。运用多体系统理论,基于一阶线性模型,建立非球面磨削成形的统一误差模型,并且推导各种误差对于最终面形误差的传递函数。基于传递函数特征相似误差集中补偿的方法,将所有趋势项误差转化为砂轮对刀误差以及砂轮形状误差进行补偿,并建立实用补偿模型,从而避免求解、校正各项具体误差。试验结果表明,建立的误差模型和辨识模型正确,可以使面形误差收敛到预期范围,从而解决了轴对称非球面磨削中的精度控制问题。

基于磨粒切削模型的钢轨打磨机理研究

基于砂轮打磨钢轨的原理建立磨粒与钢轨接触的几何模型和受力模型,分析磨粒切削深度与打磨设定功率即钢轨打磨车电机输出功率的理论关系;依据磨粒分布及其突出高度的统计规律和磨粒切削深度与参与切削磨粒数目及电机输出功率的关系,仿真研究被测区域的钢轨打磨效果,并与试验结果进行对比。结果表明:切削深度的增加会引起参与切削磨粒数目的增加,而参与切削磨粒数目的增加亦会增加测试区域中打磨区域的重叠;受钢轨本身廓形曲率变化的影响,在电机输出功率相同而砂轮摆角不同时,钢轨的打磨结果也不相同;砂轮在钢轨轨顶部位的打磨会形成最宽的打磨带以及最大的打磨横断面面积,而轨肩部位的打磨带则较窄且打磨横断面面积较小;仿真与试验结果吻合,说明基于磨粒模型预测打磨砂轮的实际打磨性能是可行的。

金刚石纤维砂轮的制备及磨削表面质量研究

提出和制备一种新型结构的金刚石纤维砂轮.利用粉末注射成形技术和真空钎焊技术制备出长径比大、金刚石把持力大的金刚石纤维,通过在砂轮胎体材料中添加造孔剂引入多孔隙结构以提高容屑空间,将金刚石纤维在砂轮胎体材料中进行有序排布,对砂轮胎体材料进行热压成形制备出新型金刚石纤维砂轮.新型金刚石纤维砂轮制备后,开展其与普通树脂结合剂金刚石砂轮在相同试验条件下的磨削表面质量研究.试验结果表明：金刚石纤维砂轮磨削表面质量优于普通树脂结合剂砂轮,加工表面完整性较好,宏观裂纹和表面损伤相对较少;当进给速度为40 mm/s,磨削深度为40μm时,金刚石纤维砂轮磨削表面粗糙度为0.52 μm,比普通树脂结合剂砂轮的磨削表面粗糙度降低了20％;相同试验条件下,新型金刚石纤维砂轮的磨削表面残余应力下降了8％～12％,金刚石在磨削过程中主要经历了完整、小块破碎、大块破碎、磨耗等正常磨损形式,其具有较长的使用寿命.

SiC晶须砂轮的开发及其磨削特性

细磨粒砂轮用来进行高精度磨削。然而 ,由于细磨粒具有较小的结合面积 ,即使在正常的磨削条件下 ,磨粒易于从砂轮表面上脱落 ,导致加工精度与效率低下。近十年来 ,由于SiC晶须 (微细纤维 )具有高硬度、高强度、高耐磨性和相容性好等优良的机械与物理化学特性 ,因而广泛地用作金属、陶瓷、塑料及复合材料的强化材料[1～ 2 ] 。SiC晶须的平均长度和直径分别为 5 0微米左右和数微米 ,比相同直径的细磨粒具有相对较大的结合面积。 1993年以来 ,日本山口胜美、洞口严教授和中国魏源迁教授使用SiC晶须作为磨料和酚醛树脂结合剂 ,成功地开发了一种SiC晶须砂轮[3～ 5] 。该砂轮中的SiC晶须按同一方向排列且与砂轮磨削面相垂直 ,晶须的端部可作为切削刃。为了考察此砂轮的磨削特性 ,本文对难加工材料如模具钢SKD11(HRC60 )进行了大量的磨削试验。试验结果表明该砂轮不仅具有很高的磨削比 (60 0 0以上 )和磨削效率 ,而且能获得纳米级加工表面 (Ra1.5nm/Ry16nm)。

先进光学磨削中杯形修整技术开发及应用

对于金刚石砂轮修整,尤其是有高精度要求的圆弧金刚石砂轮,杯形砂轮修整技术可以获得较好的砂轮磨削性能以及修整效率。本文开发了配套超精密平面磨床使用的杯形修整器,分析了其机械误差影响,并完成了修整实验及砂轮表面测量及半径拟合处理,从宏观上考察了该修整器对砂轮磨削性能的提高,结果证明该修整器可以进行有效修整,提高了加工工具精度,能满足金刚石砂轮修整使用要求。