金刚石固结磨料研磨K9玻璃的研究

为提高光学材料的研磨效率与质量,提出一种亲水性固结磨料研磨方法。采用图形转移与UV固化工艺,将粒径为5～10μm的金刚石磨料固结于亲水性光固化树脂中,制备固结磨料研磨抛光垫(FAP)。选取工件的材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Sa)来评价研磨的加工性能。对比研究了在相同粒径磨粒下的游离磨料研磨、固结磨料丸片研磨、及亲水性FAP研磨三种不同方法对K9光学玻璃的加工性能。实验结果表明:采用FAP研磨K9玻璃,MRR为350nm/min,表面粗糙度Sa为3.24nm,达到了精研的加工效率和抛光的表面质量。提出了固结磨料抛光丸片和亲水性FAP的加工模型,以及亲水性FAP的自修整机理。

固结磨料抛光垫抛光硅片的探索研究

采用失重法与铅笔硬度计分析了抛光垫的组分对其溶胀率及干湿态硬度的影响,比较了固结磨料方法与游离磨料方法抛光后硅片的表面粗糙度。结果表明:抛光垫基体的溶胀率随基体中聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)或乙氧基化三羟基丙烷三丙酸酯(EO15-TMAPTA)含量的增加而提高;基体的干态硬度随PEGDA含量的增加先有所增大,而后减小,随EO15-TMAPTA含量的增加而增大;湿态下铅笔硬度随PEGDA或EO15-TMAPTA含量的增加而减小;光引发剂量的增加,有利于增大基体的干湿态硬度;固结磨料抛光硅片的去除速率是游离磨料加工的2～3倍,而前者抛光硅片后的表面粗糙度Ra为12.2nm,大于后者的4.32nm。

固结磨料化学机械研抛K9玻璃的材料去除机理

采用失重法对固结磨料研抛K9玻璃材料去除过程中的机械与化学作用进行了分离,采用显微硬度方法分析了研抛液对K9玻璃工件表层硬度的影响.研究结果表明:研抛液能与K9玻璃发生化学反应并在其表面形成一层较基质材料软的变质层,变质层厚度随浸泡时间的延长而增加;单纯研抛液的化学作用对K9玻璃的材料去除作用有限,固结磨料研抛垫对K9玻璃的机械去除作用主要以脆性去除为主,化学与机械的交互作用是K9玻璃影响材料去除的主要方式;当研抛盘转速为200 r/min时,化学作用与机械作用达到平衡,交互作用最为强烈,材料去除率达到最大值.

集成电路制造中的固结磨料化学机械抛光技术研究

经过对传统化学机械抛光技术的研究与分析,指出了目前ULSI制造中使用的传统化学机械抛光技术的缺点,通过对固结磨料化学机械抛光中的抛光垫结构、抛光机原理及抛光液的分析,得出了固结磨料化学机械抛光技术的优点,同时还对硅片固结磨料化学机械抛光的缺陷进行了研究。

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。

固结磨料研磨与抛光的研究现状与展望

分析了传统游离磨料研磨抛光存在的缺点和固结磨料的研磨抛光的优点;阐述了固结磨料研磨抛光的材料去除机制以及固结磨料研磨盘抛光技术在氮化硅陶瓷加工、半导体制程中的应用;介绍了多种固结磨料研磨盘、抛光垫的制作方法;并展望了固结磨料的研磨抛光的发展趋势。

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。

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.

固结磨料研磨中去除机理探索

结合目前实验室的实际加工条件建立了用FAP(fixed abrasive pad,固结磨料抛光垫)研磨抛光时磨粒嵌入工件表面的切深数学模型,提出了当不考虑抛光垫的弹性变形且FAP中添加的磨粒粒径范围在10～14μm之间时,磨粒压入工件的最大深度值在0.4μm左右。当考虑抛光垫的弹性变形时,磨粒嵌入工件的深度普遍减小,从而使得加工后工件的表面质量得到明显提高,主要表现在加工后工件表面划痕数量和划痕深度大大减小,表面粗糙度值降低。为了验证模型的正确性,在研磨抛光实验过程中收集了大量磨屑并对其拍摄大量SEM照片,通过图像处理和分析证明了在加工产生的磨屑中,91%以上(均值96.5%)的磨屑厚度小于0.3μm,非常好地吻合了本文中所建立的切深数学模型。

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.

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。

基于固结磨料盘的钽酸锂高效研磨加工试验研究

目的实现钽酸锂材料的高效、高质量、低成本加工。方法选择合适的添加剂作为辅料,利用树脂结合剂将3000#的金刚石磨料通过配混料、固化、压实、修整等步骤,制成金刚石固结磨料盘。以加工过程中钽酸锂工件的材料去除率、表面形貌以及粗糙度等作为评价指标,在相同粒径条件下,用游离磨料、固结磨料磨盘对钽酸锂晶片进行加工,对比加工结果。结果在压力为4 kPa、研磨盘转速为140 rad/min的条件下,3000#金刚石游离磨料铸铁盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为37.89μm/h,表面粗糙度Sa由420 nm改善至233.308 nm,但是晶片表面出现深划痕,从而导致易破碎,且有少量磨粒残留在钽酸锂晶片上。而在相同加工条件下,采用3000#金刚石固结磨料盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为66.19μm/h,表面粗糙度Sa降低至97.004 nm,且晶片表面划痕较浅,无磨粒残留在钽酸锂晶片上。结论采用固结磨料盘加工后的表面粗糙度比游离磨料加工后的表面粗糙度更低,表面形貌更好,材料去除率更高,达到了钽酸锂晶片精研的加工效率和表面质量。同时固结磨料盘研磨LT晶片时,其表面粗糙度随压力、转速增大而减小,材料去除率随压力、转速增大而增大。

铜粉含量对亲水性固结磨料抛光垫加工性能的影响研究

通过向亲水性固结磨料抛光垫中添加铜粉,改善抛光垫的抛光性能,研究铜粉添加量对抛光垫的理化特性及加工K9光学玻璃的材料去除率和工件表面质量的影响。结果表明:随着铜粉添加比例的增加,抛光垫的硬度增加,其材料去除速率呈现先增大后减小的趋势,当铜粉质量分数为5%时,抛光垫的材料去除速率达到最大值58.18 nm/min。同时加工后K9玻璃表面粗糙度也对应地呈现出先增大后减小的趋势,粗糙度Sa最大值为9.28 nm,最小值为2.53 nm。

固结磨料抛光垫的凸起图案对其加工性能的影响

抛光垫是化学机械抛光中的重要组成部分,其磨损均匀性能是影响加工后工件平面度的重要因素。本文比较了具有优化凸起图案的固结磨料抛光垫、凸起均布的固结磨料抛光垫和聚氨酯抛光垫的研磨抛光性能,结果表明:利用优化凸起图案的固结磨料抛光垫加工,可以得到更加优异且稳定的表面质量,材料去除效率远高于聚氨脂抛光垫游离磨料的加工方式。

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。

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.

固结磨料研磨石英玻璃的工艺参数优化

以石英玻璃的材料去除率和表面粗糙度为评价指标,以转速(A)、压力(B)和研磨液种类(C)为影响因素,进行石英玻璃固结磨料研磨正交试验,对其试验结果进行回归分析并建立3因素下石英玻璃材料去除率和表面粗糙度的影响规律模型。结果表明:影响石英玻璃材料去除率的显著性因素顺序为B>C>A,影响其表面粗糙度的显著性因素顺序为A>B>C。材料去除率最佳的研磨工艺参数组合为转速100 r/min,压力27.580 kPa,三乙醇胺研磨液;表面粗糙度最佳的工艺参数组合为转速100 r/min,压力27.580 kPa,乙二胺研磨液。同时,材料去除率与转速的关系为二次函数形式,材料去除率与压力的关系为指数函数形式;而表面粗糙度与转速及压力的关系均为幂函数形式。以材料去除率为优先考虑目标时可选择三乙醇胺研磨液,以表面质量为优先考虑目标时则可选择乙二胺研磨液。

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。

微米级冰冻固结磨料抛光微晶玻璃的工艺研究

通过四因素三水平正交实验,对微米级冰冻固结磨料抛光微晶玻璃的工艺进行了研究。采用单位时间试样厚度变化表征抛光速度,以平均粗糙度表征抛光质量。获得了以优化抛光质量为目的的工艺参数:抛光压力:0.05MPa;主轴转速:200r/min;偏心距:105mm;抛光时间:60min。在该条件下获得了表面平均粗糙度为2.86nm的超光滑表面,并且抛光速率为12.35nm/min,并对抛光因素对表面质量和抛光速度的影响趋势进行了分析。

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。