基于层叠式夹持超薄蓝宝石晶片双平面加工实验研究

目的针对超薄蓝宝石晶片的双平面加工,研究基盘表面高度差对工件平面度的影响,确定双平面加工超薄蓝宝石晶片的有效性。方法通过多种方式得到具有不同表面高度差(高度差分别为5.3、9.8、19.9、29.7μm)的基盘,利用层叠式夹持方法对超薄蓝宝石晶片进行夹持(厚度0.17mm)并进行双平面加工,获得不同高度差下的工件平面度。分别采用层叠式夹持方法及石蜡粘接的方法对超薄蓝宝石晶片进行双平面加工,通过对比实验验证层叠式夹持方法的有效性。结果在4种不同表面高度差下加工的超薄蓝宝石晶片,其平面度随着高度差的增大而增大,但其增大的趋势远小于基盘平面度变化的趋势。层叠式夹持方式及石蜡粘接方式均可实现超薄蓝宝石的双平面加工,两者相差较小,层叠式夹持方式最终可获得表面粗糙度Ra=1.4 nm、平面度PV=0.968μm的光滑表面。结论基盘表面高度差应不低于超薄蓝宝石晶片的目标平面度,层叠式夹持方式在加工效果上与石蜡粘接方式相当,但单位时间内的加工效率高于石蜡粘接方式,具有较好的工程应用前景。

不锈钢基板表面粗糙度对水膜吸附夹持的影响

目的从水膜吸附的功能研究出发,对不锈钢基板表面进行不同粗糙度处理,并测量不同基板对蓝宝石晶片的吸附力以及切向摩擦力的影响,从而得出粗糙度对水膜吸附效果的影响规律。方法通过砂纸打磨、研磨、抛光等方法,得到不同平均粗糙度(Sa=633.4、332.6、116.2、64.5、41.4nm)的不锈钢基板。利用接触角计对液滴在基板表面形成的静态接触角进行拍摄,得出不同粗糙度不锈钢表面的润湿性能。开发设计高精度的多维力测量平台,测量蓝宝石晶片在不同粗糙度不锈钢基板上润湿后的吸附力和切向摩擦力,并与未润湿的基板得到的测量结果进行对比研究,得出粗糙度对吸附力和摩擦系数的影响规律。结果5种粗糙度的不锈钢基板的静态接触角均小于90°,属于亲水性材料。水膜吸附条件下,吸附力大小随粗糙度的增加而减小;接触角大小随粗糙度的增加而增大,且吸附力的减小率和接触角的增大率趋势相似;摩擦系数随粗糙度的增大而增大。基板表面粗糙度较大时,水膜提供一定的粘滞力,使水膜吸附条件下比无水膜时的切向摩擦力更大;当粗糙度较小时,水膜更多的是润滑作用,此时比无水膜时的切向摩擦力要小得多。结论基板表面粗糙度较小时,基板能提供较大的吸附力,而摩擦力不如无水膜时的大;基板粗糙度较大时,吸附力相对较弱,但是摩擦力比无水膜的更大。在选择不锈钢基板作为水膜吸附夹持基板时,在保证足够吸附力的条件下,可以适当提高基板的表面粗糙度,抵抗晶片抛光过程中受到抛光垫的摩擦力。

机构运动形式对圆柱面表面形貌影响的实验研究

目的在自行研制的双平面方式圆柱外圆加工设备上,分析不同运动形式对圆柱面表面形貌的影响,以提高其工作性能,延长其工作寿命。方法在上研磨盘、下研磨盘、偏心轮和外齿圈的转速大小恒定的条件下,对不同的运动形式进行研究,观察加工前后圆柱面的宏观形貌和微观形貌,并进行比较。结果当上研磨盘、下研磨盘、偏心轮和外齿圈同时转动时,加工后的圆柱面宏观形貌没有明显的划痕和加工纹路,表面形貌最好,表面粗糙度为0.124μm;当偏心轮和外齿圈转动,其他不转动时,加工后的圆柱面存在最明显的条纹状加工纹路和划痕,表面形貌最差,表面粗糙度为0.171μm。结论在运动形式和转速组合的设计时,应使加工轨迹均匀分布,尽量增加圆柱面圆周方向的材料去除,减少圆柱面轴线方向的材料去除,选择合理的比例有助于改善圆柱面的表面质量。

基于层叠式夹持的夹具失效形式分析

目的为了解决超薄蓝宝石晶片的双平面加工问题,确定层叠式夹具基盘及限位片的材料,并对限位片的失效形式进行分析。方法通过分析层叠式夹具中工件在双平面加工中的受力状态及传统双平面加工工件受力状态,确定限位片的受力状态。测量蓝宝石与基盘间的摩擦力对基盘材料进行选择,通过受力分析结合摩擦因数计算限位片的剪切强度,对限位片的材料进行初步选择。在平面抛光机上进行加压试验,对限位片的失效形式进行分析。结果层叠式夹具在双平面加工中受到工件施加的力小于传统双平面加工行星轮受到的力。在3种基盘材料中,不锈钢材料与蓝宝石晶片间的摩擦力较大,铸铁次之,铝合金最小。液滴在2个表面间形成的液膜对不锈钢和铸铁的摩擦因数有一定的增益效果。基盘选择不锈钢材料,限位片选择玻璃纤维板材料的情况下,限位片所承受的加工压力随着夹持厚度的增加而呈现非线性增加。限位片的主要失效形式表现为限位区域被蓝宝石晶片的边缘切割,受基盘及蓝宝石平面度的影响。结论层叠式夹具对材料强度的要求更低,更加适用于超薄平面零件的双平面加工。限位片失效受基盘高度差的影响,为保证限位片的夹持效果,应尽量降低基盘表面的高度差。

水膜吸附夹持方式在蓝宝石抛光中的可行性研究

针对目前蓝宝石抛光加工中所使用的石蜡粘贴夹持方式和抛光抛光吸附垫吸附夹持方式在抛光质量和成本等方面所存在的问题,提出了水膜吸附夹持方式,对水膜吸附环境下,吸附表面对蓝宝石晶片的法向吸附力和切向吸附力进行了测量,并分别与抛光吸附垫对蓝宝石晶片的法向吸附力和切向吸附力进行了比较,将切向吸附力作为主要评价指标,判断在蓝宝石晶片抛光加工中使用水膜吸附夹持方式的可行性。实验结果表明:单从吸附能力的层面考虑,在蓝宝石晶片抛光加工中使用水膜吸附夹持方式是可行的;45#钢比玻璃更适合作为吸附表面材料;确定吸附表面的粗糙度时应考虑蓝宝石晶片的表面粗糙度。