基于工件施振的纳米陶瓷超声ELID复合平面磨削氧化膜特性研究

基于超声振动磨削与ELID磨削加工机理,在精密平面磨床上构建超声施加于工件上时的超声ELID复合平面磨削系统试验平台.氧化膜的状态直接影响复合磨削的加工质量和效率,建立了氧化膜生成的理论模型,进而分别讨论了电解电流与氧化膜厚度、磨削力与氧化膜强度之间的紧密联系.这里采用信号表征磨削过程中砂轮外层氧化膜状态,以磨削力、电流分别表征氧化膜的强度、厚度状态,通过纳米陶瓷ELID磨削与超声ELID复合磨削试验,得出工件超声振动对ELID在线修整过程中氧化膜生成的厚度与强度影响很小,可以判定复合磨削过程中两种磨削方式为弱相关.     

响应曲面法优化超声振动辅助ELID复合内圆磨削ZTA陶瓷的边界损伤长度

本文基于响应曲面法的Box-Behnken设计方法,开展超声振动辅助在线电解修整(ELID)复合内圆(UAEI)磨削氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷试验,建立响应面模型;结合显著性检验、试验得到的响应曲面和等高线图,研究ELID电源电压、磨削深度、轴向进给量和砂轮转速四个工艺参数及其交互作用对边界损伤长度的影响规律;以最小边界损伤长度为优化目标,得到UAEI磨削ZTA陶瓷的最优参数组合为:EILD电源电压86.39 V,磨削深度为1.55 μm,轴向进给量为81.24 mm/min,砂轮转速为2 741.41 r/min,得到最优边界损伤长度理论预测值Ltv为6.537 μm。经过试验检验,相对误差在合理范围内,所建立的响应面模型具有较高精度,为UAEI磨削加工工艺参数的合理选择提供一定的参考。     

大尺寸单晶金刚石磨抛一体化加工研究

金刚石因其优异的物理性质被视为下一代半导体材料,然而其极高的硬度、脆性和耐腐蚀性导致其加工困难,尤其是对于大尺寸的化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)单晶金刚石(SCD)晶片而言,目前还缺乏一种高效、低成本的磨抛加工方法。本文提出一种基于工件自旋转的同心双砂轮磨抛一体化加工技术,在一次装夹中,先采用金刚石磨料的陶瓷内圈砂轮磨削单晶金刚石晶片表面,将单晶金刚石表面迅速平坦化,后采用金刚石与CuO混合磨料的外圈溶胶-凝胶(sol-gel,SG)抛光轮抛光单晶金刚石晶片表面,使其在较短时间内完成从原始生长面(Sa约46 nm)到原子级表面精度(Sa＜0.3 nm)的加工。磨削加工中,硬质金刚石磨料的陶瓷砂轮高速划擦金刚石晶片表面,在强机械作用下获得较大的材料去除以及纳米级的光滑单晶金刚石表面,同时引起进一步的表面非晶化;SG抛光加工中,硬质金刚石磨料高速划擦单晶金刚石表面形成高温高压环境,进一步诱导CuO粉末与单晶金刚石表面的非晶碳发生氧化还原反应,实现反应抛光。磨抛一体化的加工技术为晶圆级的单晶、多晶金刚石的工业化生产提供借鉴。     

工件自旋转平面磨削单晶功能材料的研究进展

单晶Si,SiC,α-Al2 O3,LiTaO3等是制作半导体晶圆的常用功能材料,晶圆的精密加工多采用工件自旋转平面磨削(RISG).RISG不同于传统的往复平面磨削,相互接触的砂轮和晶圆绕各自轴线旋转,依靠砂轮的轴向进给磨削.本文介绍了RISG加工的原理及磨粒运动的数学模型,分析了磨纹密度、倾斜角、系统刚度等因素对RISG加工晶圆的平面度和表面粗糙度的影响,并通过分析磨削力探索RISG的材料去除机理,展望了晶圆加工的研究方向.     

SiC单晶片高效精密加工机理的仿真与实验研究

SiC单晶作为理想的半导体材料,其特有晶体结构及高的材料硬脆性使其精密加工过程成为难点.本文基于SiC单晶材料去除机理,通过有限元方法对材料去除方式及应力进行了仿真及实验验证.仿真与实验的结果表明,基于超声复合研磨加工SiC单晶片,粗糙度降低达50;,材料去除率提高达100;.     

化学机械磨削(CMG)加工单晶硅片

单晶硅是半导体行业重要的功能材料,加工时首先被切割成晶片,然后通过研磨和抛光获得光滑表面.本文介绍了一种新的化学机械磨削(CMG)工艺,用于硅片的终端加工.CMG是把化学反应和机械磨削融为一体的固结磨料加工工艺,在加工效率、磨粒可控性、废料处理等方面优于化学机械抛光(CMP).利用CMG加工单晶硅片,能有效减小亚表面损伤和消除残余应力,对碳化硅、氮化硅、蓝宝石等其它功能材料的超精密加工具有一定的借鉴意义.     

超声研磨SiC单晶材料去除率与表面特征研究

为了提高SiC单晶片的加工效率,降低表面粗糙度,通过实验对比研究了普通研磨与超声波辅助研磨两种研磨工艺.实验表明,超声波辅助研磨SiC单晶片材料去除率是普通研磨的两倍,表面粗糙度值也有显著降低.本文同时分析了材料去除率提高与表而粗糙度值降低的原因.     

横向超声激励对金刚石线锯切割单晶SiC切割速度及切割机理影响

硬脆晶体材料如SiC、Ge和Si等,由于具有极高的硬度和脆性,普通线锯切割很难进一步提高硬脆材料晶片的切割效率和表面质量.本研究把超声振动应用到金刚石线锯切割单晶SiC.基于超声振动切削加工的特点,分析了柔性线锯横向振动切割单晶SiC的必要条件;建立了横向超声激励下柔性金刚石线锯对SiC工件的动态切割过程模型,研究分析了超声振动对线锯间歇切割弧长及切割速度的影响,得到横向超声振动线锯切割速度增量的数学表达式.基于压痕裂纹模型,讨论了横向超声振动线锯切割和普通线锯切割对切割速度、切割力和表面粗糙度的影响.以单晶SiC为切割对象,对普通线锯切割和超声振动线锯切割进行了对比实验,结果表明在相同条件下,超声振动线锯切割使晶片的表面粗糙度有明显改善,超声振动线锯的切割速度比普通线锯切割的速度提高了约45;,锯切力减少28;~53;.实验结果与理论分析具有良好的一致性.     

单晶MgO基片超精密加工技术研究

单晶MgO具有良好的物理化学性能及光学性能,是性能优异的薄膜基片及光学零件材料,广泛应用于高温超导、航空航天、光电技术等领域.用作薄膜生长的基片必须具有高精度超光滑无损伤的表面,而单晶MgO是典型的硬脆难加工材料,这对MgO晶体的超精密加工技术提出了很高的要求.本文介绍了单晶MgO的特性及其应用领域,针对高温超导薄膜制备对MgO基片的要求,讨论了现有的MgO基片加工工艺存在的问题,分析了几种可用于MgO基片超精密加工的先进工艺技术的特点和应用研究现状.     

Ar气氛下退火处理对6H-SiC晶片表面结构的影响

本文对物理气相传输法生长的三片2英寸掺氮6H-SiC晶片,分别在不同温度下进行退火处理.采用原子力显微镜(AFM)对SiC晶片表面结构进行表征,研究了不同温度和偏角度对SiC晶片表面结构的影响.发现Ar气氛下高温退火处理可以在晶片表面形成规则的台阶条纹,说明Ar气氛下的高温退火处理对SiC晶片表面有一定的刻蚀作用.