基于多源数据融合的半导体晶片CMP抛光材料去除率预测

目的 对半导体晶片抛光过程中的工艺参数、耗材使用量、抛光垫状态参数等多源数据预处理后进行数据融合,建立材料去除率(MRR)预测模型,为实现半导体晶片抛光加工工艺的决策和处理奠定基础。方法 研究晶片抛光加工中的数据特点及数据融合需求,提取数据集中每个晶片加工过程中的统计特征并生成新数据集,同时引入邻域特征以应对晶片加工过程中动态因素对材料去除率的影响。提出基于深度自动编码器的多源数据融合及材料去除率预测方法。设计深度自动编码器参数,优化深度自动编码器的损失函数从而增强深度自动编码器对强相关性特征变量的重建。基于深度自动编码器进行多源传感器信号融合,降低数据维度。使用超参数搜索算法优化BP神经网络超参数,利用BP神经网络方法将融合后的数据进行半导体晶片抛光过程中的材料去除率预测。结果 采用PHM2016数据集对模型进行验证,均方误差MSE达到7.862,相关性R^(2)达到91.2%。结论 基于多源数据的融合模型能有效预测MRR,可以对半导体晶片CMP工艺过程的智能决策与控制起到良好的辅助作用。

GA-BP神经网络在抛光材料去除率预测中的应用

材料去除率(material removal rate,MRR)是抛光过程中调控工艺参数和评估加工效果的一项重要指标。为了有效地预测抛光过程中工件的材料去除率,建立了一种运用遗传算法(genetic algorithm,GA)与反向传播(back propagation,BP)神经网络相结合的MRR预测模型,利用GA的全局寻优能力对BP神经网络的初始权重和阈值进行优化。通过随机森林(random forest,RF)算法选择出对MRR预测结果影响显著的参数变量作为神经网络的输入,运用有关实验数据对网络模型进行训练与预测分析,并与同等条件下运用传统BP神经网络建立的预测模型进行对比分析。结果表明:GA-BP神经网络具有较高的预测精度。

动密封环研磨中材料去除率建模及仿真研究

液体火箭的寿命主要受发动机影响,涡轮泵又是发动机的心脏,所以涡轮泵性能至关重要,其平稳运行对火箭发动机的安全运行意义重大。影响涡轮泵稳定运行的核心问题包括轴承和密封的磨损、变形及失效等。文中围绕涡轮泵密封性中的重要组成部件——动密封环的研磨工艺进行研究。对动密封环研磨中材料去除率进行模型构建,研究其去除机理。对材料去除模型工艺参数进行仿真计算,对照研磨试验结果,把研磨加工压力、研磨转速、研磨时间工艺参数作为要素核心。所得的仿真结果可对研磨试验起到预测作用,以提高动密封环加工研磨效率。

超声波铣削加工材料去除率的理论模型

超声波铣削加工适于硬脆材料复杂型腔的加工,加工中影响材料去除率的因素很多,为了优化加工参数以及更好地控制加工过程,研究了各种加工参数对材料去除率的影响规律。分析了工具的高频振动、旋转以及机床进给三种运动综合作用下超声波铣削加工的材料去除机理,在传统超声波加工机理以及材料去除率模型的基础上,基于压痕断裂理论,建立了超声波铣削加工材料去除率理论模型。该模型可用于仿真实验研究及预测超声波铣削加工中的材料去除率。

超声波磁流变复合抛光中几种工艺参数对材料去除率的影响

提出了一种光学抛光的新方法——超声波磁流变复合抛光。介绍了该抛光方法的基本原理和实验装置,进行了超声波磁流变复合抛光实验,采用轮廓仪实测了光学玻璃超声波磁流变抛光材料去除轮廓曲线。通过该项工艺实验,研究了五种工艺参数(磁场强度、超声振幅、抛光工具头与工件的间隙、抛光工具头转速、工件转速)对光学玻璃材料去除率的影响。在一定实验条件下,获得的材料去除率为0.139μm/min,并获得了超声波磁流变复合抛光工艺参数与材料去除率的关系曲线,得出了光学玻璃超声波磁流变复合抛光的材料去除规律。

SiC单晶片研磨过程材料去除率仿真与试验研究

分析了SiC单晶片研磨过程的材料去除机理,采用统计方法描述了磨粒粒度的分布规律,推导出参与研磨过程的活动磨粒数量计算公式。依据SiC单晶片—磨粒和研磨盘—磨粒接触处的变形情况,建立了SiC单晶片研磨过程材料去除率(MRR)的预测模型。以该模型为基础,讨论了研磨盘硬度、压力和磨粒粒度等因素对MRR的影响,并进行了相同条件下的研磨试验。理论计算与试验结果对比分析表明:所建立的模型可以较准确地预测SiC单晶片研磨过程的MRR;为其他单晶材料研磨过程MRR的预测和控制提供了参考依据。

螺杆转子砂带磨削装置开发及材料去除率预测

为实现螺杆转子表面磨削材料的均匀去除,开发了一种新型砂带磨削装置,该装置由接触轮式及自由式砂带磨削工具组成。针对磨削工具与工件的接触特点分别采用半解析法及几何近似法建立接触模型,获得接触区域内接触应力分布规律。提出了基于ThunderGBM算法的材料去除率预测模型,以接触应力及磨削工艺参数作为输入,对螺杆转子砂带磨削材料去除率进行了预测,然后针对五头螺杆转子设计并实施了磨削实验。实验数据与数值计算结果的对比表明提出的去除率预测模型具有较高的准确性与有效性。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料微细电火花线切割加工材料去除率研究

碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料微细电火花线切割加工材料去除过程受多种因素交互影响,难以获得有效的材料去除率数学模型,而在多约束条件下试验研究不失为解决该问题的一种有效方法。采用中心复合设计(CCD)实验方法,设计三因素五水平的SiCp/Al复合材料微细电火花线切割加工实验方案。利用响应曲面法建立材料去除率与主要电源参数(开路电压、电容和脉宽)的二阶模型,通过对实验数据的多元二次拟合,获得材料去除率的二次回归数学模型。进一步分析了实际加工条件对工艺参数的约束,并以提高SiCp/Al复合材料微细电火花线切割加工材料去除率为目标建立工艺参数优化模型。设计粒子群优化(PSO)算法及其流程进行优化问题求解,其结果显示PSO算法可以快速有效地获得满足多约束的最佳工艺参数。

散料研磨工艺对工件表面质量及材料去除率的影响

通过实验探讨了散料研磨过程中磨料种类、磨料粒度和研磨剂装入量等工艺参数对工件表面质量和材料去除率的影响。实验结果表明,随磨料粒度的增大,工件表面粗糙度值、残余应力和材料去除率增大;采用相同粒度磨料研磨,磨料的硬度越高,工件表面残余应力和材料去除率越大。硬度高、脆性大的磨料,可有效减小研磨表面粗糙度值;随研磨剂装入量的增大,表面残余应力减小。对工件表面粗糙度和材料去除率而言,研磨剂装入量有一最佳值,装入量过小或过大,均会降低工件表面质量和研磨效率。

超声磨削材料去除率的理论分析与试验研究

对纳米复相陶瓷在二维超声振动条件下的材料去除率进行了理论分析,建立了超声磨削下材料去除率的数学模型,利用MATLAB软件进行了相应的定量计算分析,表明在一定的条件下,超声磨削的材料理论去除率一般是普通磨削的5倍以上.通过去除率试验发现,超声磨削的材料去除率仅是普通磨削下的1.1～4.3倍,分析了产生这种现象的原因,同时对理论与试验结果的材料去除率随磨削参数的变化趋势做了分析和比较,发现变化趋势基本一致,说明建立的数学模型具有一定的合理性.

高粘弹性流体磨料光整加工的材料去除率模型

基于磨料流加工介质的高粘弹性,在分析磨粒所受法向力和参与切削的磨粒数的基础上,建立了高粘弹性流体磨料光整加工的材料去除率模型。定义了材料去除率模型的切削深度系数,提出了一种用圆管工件测定切削深度系数的方法;并用圆管试件测定了Ⅰ号流体磨料加工45#钢、T8钢和Q235-A材料时的切削深度系数。结果表明:材料去除率与流体磨料对工件的壁面压力、壁滑速度和切削深度系数成正比关系;决定切削深度系数的因素主要有磨粒的粒度、磨粒与载体的混合比和流体磨料的弹性及工件的硬度和表面粗糙度;在流体磨料粘性较高、加工流量较大条件下,可用流体磨料的过流长度和压力来测定切削深度系数。

Si_3N_4陶瓷引弧微爆炸加工材料去除率建模与分析

利用引弧微爆炸加工装置,以氮化硅工程陶瓷为加工对象,对引弧微爆炸加工过程的喷嘴烧损及材料去除率进行了研究。通过喷嘴烧损实验,研究了喷嘴烧损规律及喷嘴直径对材料去除率的影响;利用正交实验方法,建立了材料去除率经验模型并分析了材料去除率随加工参数的变化规律。结果显示:喷嘴直径随着脉冲次数的增加而扩展,当直径在2.4～2.8 mm之间时,可以产生最好的加工质量和最大的材料去除率;四个主要加工参数对材料去除率的影响显著,材料去除率随着工作电流、工作气压、工作脉宽的增大而增大,随着工作距离的增大而减小;建立的指数型经验模型简单可靠,与实验结果吻合良好,可以用于材料去除率的预测及控制。

超声加工韧性材料的材料去除率模型

超声加工是现代超声技术的重要组成部分,在不同类型材料的加工领域都有着广泛的应用。由于在超声加工中脆性材料和韧性材料的材料去除机理完全不同,因此有必要建立韧性材料的材料去除率的数学模型。本文基于接触力学的理论建立了一个新的超声加工韧性材料的材料去除率模型。通过与引用的实验结果进行比较,发现该模型的理论预测值与实验结果十分吻合。该研究为超声加工韧性材料提供了理论依据,并为进一步的研究和实践提供了参考。

基于图像信息的砂带磨削材料去除率预测模型

砂带磨削广泛应用于工业领域,由于其与工件的柔性接触及砂带磨粒分布的非均匀性,导致砂带磨削中材料去除率难以从理论上精准预估,直接影响砂带磨削效率及其质量控制。基于此提出一种基于火花图像信息的砂带磨削材料去除率识别方法,给出了火花图像的分割处理算法,建立了火花图像的颜色、亮度、面积及轮廓特征的量化特征模型,基于皮尔逊系数分析了火花图像特征与砂带磨削材料去除率之间的相关性,分别建立了基于火花图像单特征的线性回归预测模型和基于支持向量回归(SVR)算法的多特征回归预测模型,采用最大误差、均方差及决定系数作为模型的评价参数,结果表明基于径向基核函数的多特征SVR模型的具有较高的预测精度,决定系数可达0.976。所提出的方法为砂带磨削材料去除率的有效控制提供了一种新途径。

基于切削稳定理论的铣削材料去除率

针对铣削加工,为保证切削效率,建立主轴转速、轴向切深和径向切深的三维稳定性极限图,以工件材料最大去除率为优化目标,合理选择切削参数,从而在保证切削加工质量的前提下,更快、更好地完成铣削加工.仿真结果表明:由于不同铣削系统的动态特性不同,稳定条件下最大材料去除率随径向切削深度的增大的变化趋势差异明显,因此,需要对不同系统进行具体分析,才能找到切削参数的最佳匹配.

电火花成型加工Inconel 718电极损耗及材料去除率研究

采用正交实验方法用铜电极对Inconel718合金材料进行电火花加工研究,研究了不同的加工参数(电流、周率、效率、间隙电压)对电火花加工Inconel718材料过程中的电极损耗和材料的去除率的影响,并对实验结果进行了主效应分析以及方差分析。结果表明:材料去除率随着电流和周率的增大而增大,电极损耗随着周率的增大而减小。在加工参数电流为10A,周率为100μs,效率为80%,间隙电压20V时获得较高的材料去除率;加工参数在电流为4A,周率为200μs,效率为20%,间隙电压20V时获得较小的电极损耗。

磁场分布对磁性复合流体抛光材料去除率的影响

针对光学玻璃抛光效率和抛光精度不断提高的需求,提出采用磁性复合流体(Magnetic compound fluid,MCF)抛光轮进行抛光加工的方法,并自行研制出相应的抛光试验装置。运用标量磁位法、矢量叠加原理,建立MCF抛光轮外部空间磁场分布的解析表达式,通过对比分析磁铁磁场强度的解析计算结果和实际测量结果,说明解析表达式能较好地反映抛光轮外部空间磁场的分布规律。以Preston方程为依据,分析磁场产生的磁化压力对被加工工件表面材料去除率的影响规律;在自行研制的试验装置上利用磁性复合流体对熔融石英玻璃进行120 min的往复抛光加工,当两个环形磁铁采用NS-SN和NS-NS磁极布置方式时,最大材料去除深度分别为13 m和8 m,而且采用NS-NS磁极布置方式时,在工件中部的材料去除量几乎为零,因此NS-SN磁极布置方式由于其产生的磁场强度较大,从而导致其材料去除率也较大,验证不同磁场分布对熔融石英玻璃材料去除率的影响。

金刚石多线切割材料去除率对SiC晶片翘曲度的影响

文章分析了SiC硬脆材料加工方法,建立了金刚石多线切割SiC晶体的材料去除率模型,并基于Matlab计算已知条件下的材料去除率随时间变化的规律,根据材料去除率模型进行切割试验,得出材料去除率对SiC晶片翘曲度的影响,采用TROPEL FM-100平坦度测试仪分析SiC切割片表面形貌。

基于弧长材料去除率的超精研圆锥滚子研磨分析

对圆锥滚子凸度超精研工艺的研究现状进行了分析总结,目前的研究太少不够系统,需要更多的研究分析。提出滚子的凸度形状由最大研磨深度决定,并基于材料去除率的经典Preston方程,推导出滚子研磨深度的计算方程并分析了其相关参数。存在最佳油石接触弧形半径,使滚子素线中端的研磨深度小于两端,有利于形成凸度。不能理解为圆锥滚子上压强大的位置研磨量多或接触面积大的位置研磨量多。

基于ANSYS的超声振动辅助气中放电加工材料去除率计算

建立了超声振动辅助气中放电加工的有限元模型,使用ANSYS分析软件对其温度场进行了数值模拟,计算出了仿真条件下的材料去除率,并通过加工试验验证了模拟结果,发现与试验结果吻合较好。结果表明,用ANSYS来计算超声振动辅助气中放电加工的材料去除率是一种行之有效的方法。