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。

粗粒度金刚石砂轮的放电赋能磨削修整试验研究

针对粗粒度金刚石砂轮磨粒出刃形貌难以控制的问题,提出了放电赋能磨削修整技术,旨在实现出刃磨粒的等齐性。系统研究了该复合修整技术的材料去除机理,建立脉冲放电传热数值模型,以金刚石热软化深度作为磨削深度,最大限度发挥放电赋能磨削的修整优势。探究了机床运动参数(待修砂轮转速、刀具轮转速、进给速度、磨削深度)对砂轮修整精度和刀具轮损耗深度的影响规律,并优化了工艺参数以实现粗粒度砂轮的高效高精修整。磨粒粒度为180目的金刚石砂轮修整后轮廓误差PV值为11.97μm。修整砂轮表面形貌检测结果表明,放电赋能磨削修整可将磨粒部分去除,使得砂轮表面磨粒具有较好的等齐性。磨削的碳化硅陶瓷工件表面粗糙度达412 nm,表明了修整砂轮具有优异的磨削性能。

工程陶瓷高效深磨磨削力和损伤的研究

采用树脂结合剂金刚石砂轮,对氧化铝和氧化锆等2种工程陶瓷进行高效深磨磨削加工.测量了磨削力,并对磨削表面形貌和亚表面损伤进行了观测.揭示了这2种工程陶瓷的高效深磨材料去除机理,氧化铝陶瓷主要为脆性去除,而氧化锆则是局部的横向裂纹和塑性去除.提出了磨粒的平均磨削力公式,讨论了磨粒的平均法向磨削力对陶瓷材料去除机理和磨削损伤的影响.

难加工材料高效精密磨削技术研究进展

针对难加工材料特点,分析了典型难加工材料的磨削特性,综述了缓进给磨削、精密超精密磨削在难加工材料磨削加工领域的国内外研究进展。介绍了高效深磨技术的原理及其在难加工材料磨削中的应用现状,指出高效深磨技术能够实现对难加工材料的优质而高效的加工,具有广泛的应用前景,并指出了高效深磨技术应用于难加工材料磨削加工的进一步研究方向。

大中型光学元件高效精密磨削技术研究综述

近年来,大中型光学元件(包括平面、球面、非球面及自由曲面)在大型天文望远镜、高功率激光核聚变装置及精密光学测量装置的应用日益广泛,其大批量生产需求驱动了高效精密磨削技术的长足发展。然而,超精密大中型光学元件的短周期、大批量生产对现阶段光学制造能力提出了巨大挑战,同时也推动着其磨削装备技术和磨削工艺技术向更高效率、更高精度及更高自动化水平的方向发展。系统总结大中型光学元件磨削装备技术中机床整机、主轴单元、进给工作台、数控系统和磨削工艺技术中脆性材料塑性去除机理、磨削工具、磨削液及其注入方式、工艺路线规划、检测、误差建模及补偿、环境监控等技术的研究现状,并对上述关键技术问题进行详尽的分析。同时,提出解决上述问题的可能性对策,预测和展望大中型光学元件高效精密磨削技术未来发展趋势。

工程陶瓷高效平面磨削表面波纹度试验研究

以氧化铝和氧化锆两种工程陶瓷在高效磨削条件下的磨削振动和表面波纹度为研究对象,概述了磨削表面波纹度的定义和评价方法以及产生波纹度的原因,在超高速平面磨削实验台上进行磨削工艺试验,通过改变砂轮线速度、进给速度和磨削深度,分析了磨削参数对零件表面波纹度的影响.在试验研究的基础上,对磨削表面波纹度的影响因素和机理进行分析和讨论.试验结果表明,在陶瓷材料高效平面磨削中,砂轮线速度和进给速度是影响磨削颤振与表面波纹度的主导因素.在如120 m/s的较高砂轮线速度时,磨削过程振动主要是由强迫振动引起,工件表面质量好于低速情况.在保证较高磨削效率的前提下,陶瓷材料的高效磨削更适合在大切深和小进给速度条件下进行.

工程陶瓷高效深切磨削加工中声发射的实验研究

通过对部分稳定氧化锆(PSZ)和Al2O3两种工程陶瓷材料进行高效深切磨削加工中声发射的实验研究,分析了这两种材料在高效深磨过程中,在不同的砂轮线速度、工作台速度和磨削深度的条件下声发射信号变化的规律;同时也分析了在同一磨削参数下这两种材料对声发射信号的影响.还分析了砂轮修整前后声发射信号的变化.进一步在时域分析的基础上,对声发射信号进行了频谱分析.分析了高效深磨过程中声发射信号的频谱分布范围.实验研究结果表明,声发射信号与磨削过程有着良好的对应关系,可以利用磨削过程中声发射信号的变化规律实现对工程陶瓷材料高效深磨削过程的监测和控制.

工程陶瓷高速深磨磨削力模型的研究

为实现工程陶瓷优质高效的磨削加工,对高速深磨磨削机理和工程陶瓷材料损伤机理进行深入系统的研究,建立工程陶瓷高速深磨磨削力的数学模型,并对该模型进行试验验证。结果表明,模型的计算值和试验结果的趋势一致,数值也非常接近。工程陶瓷磨削力模型与磨削试验均表明工程陶瓷的磨削力与材料的去除方式、力学性能及工艺参数有关。在材料发生塑性变形去除的磨削过程中,显微硬度越高材料的磨削力越大;材料脆性断裂去除时,断裂韧度越高、显微硬度越低材料的磨削力越大。砂轮线速度升高、工件进给速度或磨削深度降低,磨削力降低。材料去除方式不同磨削参数对磨削力的影响程度不同,且磨削参数对塑性去除材料的磨削力的影响要大于其对脆性断裂去除材料的磨削力的影响。

ELID镜面磨削加工技术研究进展

在线电解修整(ELID)镜面磨削技术作为一种低成本高效率的超精密镜面加工技术,广泛应用在现代超精密加工领域中。综述了ELID镜面磨削技术的历史发展和研究现状,介绍了该技术的加工机理和镜面形成过程,重点讨论了在不同条件下几种不同ELID镜面磨削的形式,最后就该技术的深入研究工作作了展望并指出了产业化推广需要解决的问题。

工程陶瓷材料高效深磨的试验研究

针对如何提高工程陶瓷加工效率,改善陶瓷零件的表面质量这一问题,对氧化锆、氮化硅和氧化铝三种陶瓷材料进行高效深磨的试验研究。单位砂轮宽度磨除率达120mm3/(mm·s),最大磨削深度为6mm。在此试验的基础上,对不同砂轮线速度、磨削深度和工件进给速度对陶瓷材料的磨削表面状况、磨削力、比磨削能和去除方式的影响进行研究。结果表明:随着砂轮线速度增加,磨削深度减小,将导致最大未变形切削厚度减小,单位面积磨削力减小,比磨削能增加,磨削表面的塑性痕迹增加,脆性断裂痕迹减少。在陶瓷材料的高速超高速磨削中采用较大切深,能提高磨削效率且表面质量变化不大。

TC4钛合金高效深磨磨削力及比磨削能特征研究

针对钛合金磨削加工困难的特点,系统开展了TC4钛合金高效深磨工艺试验,对单位面积磨削力随最大未变形切屑厚度和当量磨削层厚度的变化情况和特征进行了分析,探讨了材料去除方式的变化,研究了TC4钛合金高效深磨过程中所消耗磨削功率的变化规律,为寻求适合钛合金高效深磨的工艺及方法,提高钛合金加工质量和效率打下一定的理论基础。

微细磨削技术及微磨床设备研究现状分析与探讨

采用微磨床及微磨具的微细磨削技术,可以实现多种材料复杂形状三维微小零件的加工,且设备体积小、能耗少、成本低,已受到国内外研究人员的广泛关注。但是目前微细磨削技术的研究还处于起步阶段,在微细磨削机理、微磨床及微磨具等方面存在大量问题需要解决。因此非常有必要深入分析微细磨削技术的研究现状、存在的问题及发展趋势。明确了微细磨削技术的内容范畴;全面总结了微细磨削机理及工艺、微磨床及其关键部件、微磨棒等方面的研究现状;在此基础上,深入探讨了微细磨削技术在磨削机理及工艺、微磨床和微磨棒等方面存在的基础性问题,并进一步指出微细磨削技术还应关注其向多种材料应用、复合化加工、高效高精及智能化柔性化的发展方向,以期促进微细磨削技术在我国的推广应用,提升我国超精密微小零件的加工制造水平。

高效磨削技术与装备进展及展望

高效磨削加工的主要目的就是提高生产效率和加工质量,降低成本,其应用将产生巨大的经济效益和社会效益。随着我国航空航天工业、汽车工业、冶金、机械及国防工业等行业的进一步发展,高效磨削技术及装备的市场愈来愈大,其经济效益和社会效应也十分巨大。

40Cr钢高效深磨磨削力试验研究

通过对40Cr钢在高效深磨条件下磨削力的试验研究,分析了不同工况对磨削力变化的影响,提出了40Cr钢高效深磨工艺参数的优化方案。试验结果表明:40Cr钢在高效深磨条件下,磨削力随磨削深度的变化呈波浪式起伏的非线性关系,随砂轮线速度的提高而明显减小,同时能获得比普通磨削大得多的比材料磨除率,以及较好的工件表面质量。

陶瓷球高效研磨技术的研究

为提高陶瓷球研磨过程中的加工效率,本文提出了一种采用固着金刚石磨料的高效研磨技术。采用4～8μm粒径的金刚石微粉作为磨料,以光固化树脂作为结合剂,在300～500 nm波长紫外线照射下,使光固化树脂快速固化,制作固着磨料研磨盘(金刚石浓度100%),以φ5 mm氮化硅陶瓷球为加工对象,在自行设计的实验台上进行了加工实验。实验结果表明,在保证表面质量的前提下(R_a～40 nm),材料去除率可达100μm/h,其研磨效率约为相同加工条件下传统游离磨料加工的20倍。对加工后陶瓷球表面的观察发现,氮化硅陶瓷球材料主要是以二体磨损的形式去除的。

基于热像检测与分割技术的磨削砂轮堵塞检测研究

针对磨削加工中的砂轮堵塞检测的难题,提出了一种基于主动红外检测技术和热像图分割技术的砂轮堵塞检测方法。分别运用阈值分割、边缘检测和区域生长三种方法分割热像图,提取了砂轮堵塞量和状态的特征。实验结果表明:阈值分割法提取的砂轮堵塞磨屑的分布出现"偏聚"现象,堵塞特征受选取的阈值影响较大;边缘检测法克服了"偏聚"现象,但仍存在边缘不完整、定位不精确等问题;而基于梯度阈值过滤的区域生长分割法检测结果更客观和准确。把基于梯度阈值过滤的区域生长分割法的砂轮堵塞红外检测结果与显微照相法的砂轮堵塞检测结果进行了分析比较,结果表明基于梯度阈值过滤的区域生长分割的红外检测法可以实现对砂轮堵塞面积和状态的定量检测。

部分稳定氧化锆PSZ高效深磨磨削力试验研究

本文对部分发稳定氧化锆陶瓷(Partialy Stabilized Zirconia,PSZ)在高效深磨条件下的磨削力进行了试验研究,分析了各种因素对磨削力的影响,并与其它磨削方式的PSZ陶瓷作了比较和综合分析。分析表明:PSZ陶瓷在高效深磨条件下,当比材料去除率一定时,工作台速度的变化对磨削力的影响比切深的变化对磨削力的影响大;磨削力与普通磨削相比较大,比材料去除率是普通磨削的几十倍;材料去除模式以显微塑性去除为主,磨削工件表面质量较好。

凸轮轴数控虚拟磨削技术的研究

在分析凸轮轴数控虚拟磨削技术特点基础上,综合运用数据库技术、计算机编译技术和图像处理技术,开发了基于编译原理和图像处理的凸轮轴数控虚拟磨削系统,该系统采用链码跟踪方法记录图像的边缘轮廓,同时,结合数控加工的特点,通过误差分析实现凸轮轴轮廓的自动补偿。给出系统开发关键技术的实现方法。实例表明,该系统为实现凸轮轴数控虚拟磨削提供了条件。

工程陶瓷高效深磨表面粗糙度研究

介绍了工程陶瓷高效深磨的研究现状,阐述了高效深磨的实验方案,分析了三种实验工程陶瓷材料的性能。对工程陶瓷高效深磨磨削表面粗糙度进行了实验研究。

高效深切磨削温度的研究

指出了高效深切磨削技术的最新发展。并对高效深磨中的磨削温度的计算模型,计算方法,测量技术做了研究。对高效深磨中磨削温度的最新研究成果给予了描叙。最后对今后的研究给予了展望。