材料特性对亲水性固结磨料研磨垫加工性能的影响

为研究材料特性对亲水性固结磨料研磨垫的加工性能影响,本文研究了K9玻璃和硅片两种材料在不同加工顺序下研磨过程中的声发射信号和摩擦系数特征,采用扫描电镜分析磨屑的尺寸与形态.结果表明:不同加工顺序下工件的材料去除速率差别很大.与直接研磨硅片相比,先研磨K9玻璃再研磨硅片,硅片的材料去除速率大幅下降;相反,先研磨硅片再研磨K9玻璃,与直接研磨K9玻璃相比,K9玻璃的材料去除速率变化不大.无论采用哪种加工顺序,后研磨的工件表面粗糙度均比直接研磨的同种工件要大.扫描电镜的分析表明,硅片的磨屑尺寸集中在600 nm^1.5μm,磨屑大部分都棱角完整;而K9玻璃的磨屑尺寸集中在300 nm^500 nm左右,无明显棱角.硅片磨屑较大的尺寸与完整的棱角促进了研磨垫的自修正过程,所以硅片这类脆性较大的材料有利于研磨垫的自修正过程.

多晶金刚石固结磨料研磨垫精研石英玻璃的性能探索

通过粘结剂将单晶金刚石制成粒径更大的多晶金刚石。采用SEM观察了多晶金刚石的微观形貌,分别制备了单晶和多晶金刚石固结磨料研磨垫,比较了单晶与多晶金刚石固结磨料研磨垫的研磨性能。结果表明:单晶金刚石固结磨料垫与多晶金刚石固结磨料垫精研石英玻璃的表面粗糙度相似;但多晶金刚石固结磨料垫的材料去除率更高且稳定;多晶金刚石在研磨过程中的微破碎,确保了其自修整过程的实现。另外,多晶金刚石研结磨料垫研磨的石英玻璃亚表面损伤层深度小,约为原始单晶金刚石粒径的1/2。

固结磨料研磨垫孔隙结构对其加工性能的影响

为了解决铜在研磨过程中铜屑黏附减小了容屑空间,易导致研磨垫钝化问题,本文尝试在亲水性固结磨料研磨垫(FAP)内部添加硫酸镁晶体,利用硫酸镁晶体遇水溶解的特性,在研磨垫表面制造不同特征的孔隙。实验在FAP中添加粒径为8目、170目、500目的硫酸镁晶体制造了3种不同孔隙分布的研磨垫,研究了不同加工参数下FAP研磨铜片时的材料去除速率、摩擦系数、表面形貌及磨屑特征。结果表明,仅含170目硫酸镁的FAP与含8目和500目硫酸镁、质量分数分别为5%和10%的FAP在研磨过程中出现了不同程度的钝化,而FAP表现出良好的自修整性能,研磨过程摩擦系数较大且保持平稳;在研磨液流量为60ml/min时,其材料去除速率为4.46μm/min,表面粗糙度Ra为159nm。

亲水性固结磨料研磨垫自修整过程的实现探索

亲水性固结磨料研磨垫(FAP)的自修整过程影响着其加工性能的稳定性.采用亲水性树脂和铜粉制备固结磨料研磨垫,研究研磨液中添加不同含量三乙醇胺对树脂基体砂浆磨损率及研磨垫材料去除率大小、稳定性的影响,以此来判断研磨垫的自修整性能,探索亲水性固结磨料研磨垫自修整的实现机理.结果表明:在本文实验所考察范围内,随着研磨液中三乙醇胺含量的增加,树脂基体的砂浆磨损率升高,当三乙醇胺体积比从0升至5%时,砂浆磨损率从0.003 3 g上升至0.009 1 g;研磨液中三乙醇胺浓度的提高有助于其材料去除率的稳定,当三乙醇胺体积比从0升至5.0%时,材料去除率的稳定性从11%提升至42.9%.可见,研磨液中加入三乙醇胺可以改善含铜粉亲水性固结磨料研磨垫的自修整性能.

亲水性固结磨料研磨垫自修整机理探索

自修整特性是亲水性固结磨料研磨垫(FAP)的重要性能之一.为了探究其自修整的实现机理,使用PHL-350型平面高速研磨抛光机对K9玻璃圆片进行马拉松式实验.研究了研磨压力和孔隙对研磨垫自修整性能的影响.实验表明:研磨压力从0.15 MPa提高到0.20 MPa,研磨垫的自修整效果显著提高,经过一段时间后,1#研磨垫和2#研磨垫的材料去除速率分别保持在10μm/min和8μm/min以上.同时,成孔剂的加入使基体砂浆磨损率提高了近7倍,提高了固结磨料研磨垫的材料去除速率的稳定性.因此,提高压力和适当弱化基体有助于实现固结磨料研磨垫的自修整过程.

氧化镍镀覆金刚石对固结磨料研磨垫加工性能影响

黏结剂把持磨粒的能力对固结磨料研磨垫的加工性能有重要影响。选择K9玻璃作为加工对象、不饱和树脂作为黏结剂,通过沉积法在金刚石表面镀覆一层氧化镍改善金刚石与树脂的结合性能,研究了镀覆后金刚石的形貌和热处理工艺,及其对固结磨料研磨垫加工性能的影响。研究表明:镀覆量达到30%,氧化镍镀覆金刚石的热处理工艺为3 h/450℃+5 h/500℃时,能够提高固结磨料研磨垫25%的材料去除速率。

修整技术及提高固结磨料研磨垫自修整性的研究

随着化学机械研磨的持续进行,垫表面特征会发生变化,从而使其研磨能力大大降低。修整垫可改善表面轮廓,进而提高被加工晶片表面质量,而且可以减少表面缺陷,延长使用寿命。本文着重介绍固结磨料研磨垫常见修整技术,分为非自修整和自修整两种类型,非自修整法有高压水射流修整、超声波振动法修整、金刚石修整器修整。并重点阐述通过合理选用研磨液、添加成孔剂以及优化研抛工艺参数等措施来促进亲水性固结磨料研磨垫自修整。

三乙醇胺浓度对固结磨料研磨垫自锐性能的影响

采用不同浓度的三乙醇胺研磨液研磨石英晶体,基于研磨垫磨损率和工件与研磨垫的磨损比,分析了三乙醇胺浓度对石英晶体的去除率及其去除稳定性、研磨垫磨损率、磨损比、研磨摩擦系数、声发射信号和研磨后表面质量的影响。结果表明:随着三乙醇胺浓度的增加,工件与研磨垫磨损比先增大后减小,石英晶体的材料去除率和去除稳定性也对应地先增大后减小,摩擦系数先减小后增大,声发射信号先增加后减小,研磨后工件表面质量先变好后变差。当三乙醇胺浓度为5%时,石英晶体的材料去除率最大,去除率随时间变化最稳定,研磨垫使用寿命最长,表面质量最好。结果表明:研磨液中添加适量的三乙醇胺,会稳定石英晶体加工过程,延长研磨垫使用寿命,提高工件表面质量,降低生产成本。

基于深度学习的固结磨料研磨垫表面形态表征

固结磨料研磨垫的表面形态与其加工性能有着密切关系,为更好地了解固结磨料研磨垫表面形态,尤其是研磨垫中的金刚石、孔隙、金刚石脱落坑等的分布特征,提出一种基于深度学习的固结磨料研磨垫表面形态分析方法。首先,利用徕卡DVM6数字显微镜及其配套软件获取固结磨料研磨垫表面图像;然后,采用python3+OpenCV对图像进行预处理,并利用标注软件Labelme对图像进行标注,用于后续的训练和测试;最后,运用深度学习框架Tensorflow搭建Mask R-CNN模型。结果表明:Mask R-CNN模型能对单一固结磨料垫表面图像中的多目标进行有效分割与识别,其主要评价指标平均准确率达到78.9%,达到了图像识别的主流水平。

镍包覆率对固结金刚石磨料研磨垫加工性能的影响

通过化学镀镍的方法,在金刚石磨粒表面包覆一层Ni-P合金层;采用不同包覆率的金刚石磨料制备固结磨料研磨垫;通过SEM观察分析金刚石的微观形貌;研究了磨料包覆率对研磨垫加工K9玻璃过程中的摩擦系数和声发射信号的影响;采用马拉松式试验方法,比较了不同包覆率磨料的研磨垫加工K9的材料去除速率及研磨后工件的表面粗糙度。结果表明:化学镀镍可以显著改变磨料的表面形貌;研磨过程中的摩擦系数、材料去除速率和工件表面粗糙度均随着包覆率的提高呈现出先增大后减小的趋势;包覆率50%时的金刚石磨料对工件的摩擦力和切入深度最大,研磨垫的磨粒保持与自修整性平衡,加工效率及其稳定性最高。

固结磨料垫高效研磨氟化钙晶体研究

氟化钙晶体的高效精密研磨加工是实现其超精密抛光加工的前提。采用单晶金刚石和聚集体金刚石磨料制备固结磨料垫(FAP),对比研究其研磨加工性能,探索不同种类的金刚石磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用聚集体金刚石磨料制成的FAP研磨效率明显高于单晶金刚石FAP的,且其材料去除率更稳定,同时聚集体金刚石FAP的自修整能力要优于单晶金刚石FAP的。在10kPa压力下,采用初始粒径为3~5μm的聚集体金刚石FAP研磨氟化钙晶体,其材料去除率达13.0μm/min,表面粗糙度值Ra为130.0nm。

游离碳化硅磨粒辅助的蓝宝石固结磨料研磨研究

采用两种铜粉添加量的FAP,探索游离碳化硅磨料含量对蓝宝石研磨材料去除率和工件表面粗糙度的影响。结果表明:使用相同的研磨液时,铜粉含量高的FAP材料去除率大,表面粗糙度Ra差别不明显;使用相同的研磨垫时,材料去除率随研磨液中碳化硅浓度的增加而增加,FAP的自修正特性随碳化硅浓度的提高而改善。

砂浆辅助固结磨料研磨蓝宝石研究

金刚石固结磨料垫研磨蓝宝石晶片时,因磨屑细小导致研磨垫自修整能力严重不足,制约了其工业应用。本实验尝试用向研磨液中添加碳化硅颗粒的办法,辅助磨屑改善研磨垫的自修整能力。分别制备了不含磨料和含金刚石磨料（粒度尺寸为20~30μm）的研磨垫,比较其在不同研磨条件下的材料去除率和研磨后工件表面形貌,探索研磨液中碳化硅颗粒的作用机制。结果表明：研磨液中添加的碳化硅颗粒加快了研磨垫基体的磨损,有利于亚表层金刚石颗粒的出露,实现了研磨垫的自修整过程,材料去除速率明显提高,提高近14倍。

不同研磨阶段金刚石磨粒表面覆镍量的优化

通过化学镀镍的方法,分别在两种粒径的金刚石表面镀覆一层增重率不同的Ni-P合金层,利用SEM分析了镀层微观形貌;并将其与树脂混合制备成固结磨料研磨垫,分别作为粗研和精研使用,探索了其加工特性。结果表明:镀层增重率可以明显改变金刚石镀层的微观形貌;精研过程的摩擦系数、材料去除速率和工件表面粗糙度均随着镀层增重率增大呈现先增大后减小的趋势,在镀层增重率30%时达到最大值;粗研过程的材料去除速率和工件表面粗糙度随着镀层增重率增大呈现先增大后减小的趋势,在镀层增重率50%时达到最大值;粗研过程对磨粒把持力的要求高于精研过程。

磷含量对金刚石镀层形貌及其加工性能的影响

通过化学镀方法,在金刚石颗粒表面制备一层不同P含量的Ni-P合金层;利用SEM分析了镀层的微观形貌;并用其制备了固结磨料研磨垫,比较了不同P含量金刚石研磨垫在加工过程中的摩擦系数、声发射信号及研磨垫的耐磨性;探索了不同研磨垫的加工特性;并与电镀镍金刚石进行了对比。结果表明:金刚石镀层P含量能够明显改变金刚石的形貌;研磨过程中的摩擦系数、材料去除速率和工件表面粗糙度随着P含量的增加呈先增大后减小的趋势;中磷金刚石磨粒对工件的摩擦力和切入深度最大,研磨垫的磨粒保持性与自修整性平衡;电镀金刚石表面粗糙度及加工性能介于低磷与中磷之间。

金刚石覆镍量对固着磨料研磨蓝宝石性能的影响

金刚石磨粒表面镀镍可以增强其与树脂的结合力。通过化学镀的方法在金刚石磨粒表面镀覆一层不同包覆率的Ni-P合金层,并制成了固结磨料研磨垫。采用CP-4型CMP抛光和测试系统,分别对蓝宝石进行粗研和精研加工,探索不同覆镍量对固着磨料研磨蓝宝石性能的影响。结果表明:金刚石磨粒表面镀镍可以改变其微观形貌:在实验范围内,随着金刚石包覆率的增加,摩擦因数、材料去除率和表面粗糙度呈现先增大后减小的趋势,其中粗研在包覆率为50%、精研在包覆率30%达到峰值;声发射信号呈现先减小后增大的趋势,其中粗研在包覆率50%、精研在包覆率30%达到谷值;粗研过程对包覆率的要求高于精研过程。

电流密度对金刚石表面镍层形貌及加工特性的影响

金刚石颗粒的表面形貌影响着固结磨料研磨垫(FAP)基体对其的把持能力。设计了一种实验室用金刚石滚镀装置,采用电镀方式,探索了电流密度对金刚石表面镍层形貌的影响;采用镀镍金刚石制备了FAP;比较了不同金刚石制备的FAP加工过程中的摩擦系数、声发射信号和工件的表面粗糙度;采用马拉松式实验,研究了FAP的材料去除速率。结果表明:改装后的滚镀装置可以获得镀层均匀的电镀金刚石颗粒。电镀金刚石表面的粗糙程度随着电流密度的增大而提高。加工中的摩擦系数、声发射信号和工件的表面粗糙度均呈现出随电流密度提高而增大的规律,但均低于化学镀镍金刚石。马拉松式试验中,含化学镀镍金刚石的FAP材料去除速率优于含电镀镍金刚石的FAP。