本文關(guān)鍵詞：硬脆材料超聲波振動(dòng)輔助研磨拋光的仿真與試驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 研磨 拋光 超聲波振動(dòng) 有限元仿真 材料去除率 表面粗糙度

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，特別是信息通訊水平的不斷提升，當(dāng)前集成電路正朝著超大規(guī)模集成、超高頻、更高性能的方向發(fā)展。半導(dǎo)體材料作為組成集成電路的核心材料，對(duì)國(guó)際電子產(chǎn)業(yè)起到了關(guān)鍵性的作用，也是制約各國(guó)電子信息發(fā)展的關(guān)鍵要素。與此同時(shí)，半導(dǎo)體材料當(dāng)中有相當(dāng)一部分還是重要的光學(xué)材料，用于制造多種光學(xué)元件，在軍事、航空航天、深空探索等領(lǐng)域發(fā)揮著極為重要的作用。半導(dǎo)體材料大多數(shù)為硬脆材料，這類(lèi)材料對(duì)加工過(guò)程提出了更高的要求，如要求材料表面加工質(zhì)量高、材料性能保持性好以及批量化生產(chǎn)中均一性和一致性等。為了使這類(lèi)難以加工的硬脆材料實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)量的平坦化加工，研磨與拋光的加工方法應(yīng)運(yùn)而生。 研磨與拋光加工是半導(dǎo)體單晶硅片制造的最后兩道工序，研磨主要是為了迅速地去除單晶硅表面的微凸起部分，并保證硅片的平面度；拋光主要是為了降低硅片的表面粗糙度，使其加工表面鏡面化，并且降低材料因加工而造成的表面與亞表面損傷。為了最大程度地提升電子產(chǎn)品的使用性能，作為電子芯片的核心部件半導(dǎo)體單晶硅必備的加工工藝研磨與拋光加工技術(shù)也得以不斷完善，然而這兩種技術(shù)的加工機(jī)理比較復(fù)雜，在材料去除機(jī)理、工藝參數(shù)優(yōu)化等方面仍需研究與完善。本文采用超聲波振動(dòng)輔助研磨拋光試驗(yàn)與有限元仿真相結(jié)合的方式，研究不同工藝參數(shù)對(duì)研磨拋光加工性能的影響，同時(shí)分析了超聲波振動(dòng)輔助加工條件下研磨拋光中的材料去除機(jī)理。 論文首先論述了研磨拋光加工的意義，從研磨拋光加工技術(shù)的理論模型和工藝改善角度較為系統(tǒng)地綜述了國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合分析超聲波振動(dòng)輔助加工技術(shù)較常規(guī)機(jī)械加工的優(yōu)越性，，提出了本文擬開(kāi)展超聲波振動(dòng)輔助研磨拋光加工研究的命題。 在常規(guī)研磨拋光機(jī)的基礎(chǔ)上，搭建了超聲波振動(dòng)輔助加工平臺(tái)，詳細(xì)介紹了論文試驗(yàn)部分所使用的試驗(yàn)設(shè)備、檢測(cè)裝置，論述了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟和操作流程。結(jié)合影響研磨拋光的工藝參數(shù)制定詳細(xì)的試驗(yàn)方案，根據(jù)試驗(yàn)方案介紹了試驗(yàn)材料與試劑。 從單晶硅研磨拋光試驗(yàn)入手，通過(guò)超聲波振動(dòng)輔助加工裝置，開(kāi)展了不同工藝條件下的研磨拋光試驗(yàn)，根據(jù)整理后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，闡述不同工藝參數(shù)對(duì)材料去除率和表面形貌的影響，對(duì)比常規(guī)研磨拋光與超聲波振動(dòng)輔助加工下的試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而提出研磨拋光材料去除過(guò)程和超聲波振動(dòng)下的材料去除機(jī)理。 在上述工作的基礎(chǔ)上，論文還采用ABAQUS有限元仿真軟件，建立了三維單體磨粒研磨拋光加工模型，開(kāi)展了研磨拋光加工過(guò)程中材料變形損傷與去除機(jī)制的研究，根據(jù)整理后的仿真數(shù)據(jù)，闡述不同工藝參數(shù)對(duì)加工后試件材料的形貌、殘余應(yīng)力、材料去除率等方面的影響。 論文通過(guò)有限元仿真和試驗(yàn)研究，深入地探討了工藝參數(shù)對(duì)研磨拋光加工技術(shù)的影響，同時(shí)通過(guò)利用超聲波振動(dòng)輔助加工的方法來(lái)改善加工工藝，并分析了研磨拋光加工的材料去除機(jī)理，為硬脆材料的超精密加工技術(shù)的深入研究奠定了一定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：研磨 拋光 超聲波振動(dòng) 有限元仿真 材料去除率 表面粗糙度
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG580.6
【目錄】：

• 本文工作得到下列項(xiàng)目資助4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)13-23
• 1.2.1 研磨與拋光加工的理論模型13-16
• 1.2.2 研磨與拋光加工技術(shù)的工藝改善16-20
• 1.2.3 超聲波振動(dòng)加工20-23
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容23-24
• 第2章 超聲波振動(dòng)輔助研磨拋光加工試驗(yàn)裝置24-40
• 2.1 試驗(yàn)裝置組成24-29
• 2.1.1 超聲波振動(dòng)輔助研磨拋光加工裝置24-27
• 2.1.2 超聲波振動(dòng)裝置27-29
• 2.1.3 試驗(yàn)輔助裝置29
• 2.2 試驗(yàn)方案與流程29-36
• 2.2.1 試驗(yàn)方案29-32
• 2.2.2 試驗(yàn)流程及注意事項(xiàng)32-36
• 2.3 試驗(yàn)材料與試劑36-39
• 2.3.1 單晶硅材料36-37
• 2.3.2 研磨與拋光試劑37-38
• 2.3.3 試驗(yàn)原料和試劑38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第3章 超聲波振動(dòng)輔助研磨拋光加工的試驗(yàn)研究40-66
• 3.1 工藝參數(shù)對(duì)研磨加工的材料去除率和表面粗糙度變化值的影響40-50
• 3.1.1 研磨壓強(qiáng)的影響40-42
• 3.1.2 研磨轉(zhuǎn)速的影響42-44
• 3.1.3 磨粒尺寸的影響44-46
• 3.1.4 研磨液濃度的影響46-48
• 3.1.5 研磨時(shí)間的影響48-50
• 3.2 工藝參數(shù)對(duì)拋光加工的材料去除率和表面形貌的影響50-58
• 3.2.1 拋光壓強(qiáng)的影響50-52
• 3.2.2 拋光轉(zhuǎn)速的影響52-54
• 3.2.3 拋光液流量的影響54-56
• 3.2.4 超聲波振動(dòng)輔助拋光對(duì)加工試件表面形貌的影響56-58
• 3.3 超聲波振動(dòng)輔助研磨拋光加工過(guò)程的材料去除機(jī)理58-64
• 3.3.1 研磨材料去除過(guò)程58-60
• 3.3.2 拋光材料去除過(guò)程60-62
• 3.3.3 超聲波振動(dòng)下的研磨拋光材料去除機(jī)理62-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 第4章 研磨拋光加工過(guò)程的有限元仿真分析66-90
• 4.1 有限元仿真軟件的介紹66
• 4.2 有限元仿真模型的建立66-70
• 4.2.1 三維仿真幾何模型66-68
• 4.2.2 材料本構(gòu)模型68-69
• 4.2.3 仿真原理69-70
• 4.2.4 仿真數(shù)據(jù)提取模型70
• 4.2.5 仿真條件70
• 4.3 仿真方案及流程70-74
• 4.3.1 仿真方案70-72
• 4.3.2 仿真流程72-74
• 4.4 研磨拋光過(guò)程的三維有限元仿真結(jié)果與分析74-88
• 4.4.1 粘連系數(shù)的影響74-79
• 4.4.2 磨粒尺寸的影響79-82
• 4.4.3 切削深度的影響82-85
• 4.4.4 超聲波振動(dòng)的影響85-88
• 4.5 本章小結(jié)88-90
• 第5章 結(jié)論與展望90-94
• 參考文獻(xiàn)94-102
• 作者簡(jiǎn)介及攻讀學(xué)位期間的論文及專(zhuān)利成果102-104
• 一、作者簡(jiǎn)介：102
• 二、主要研究成果102-104
• 致謝104

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 許雪峰;馬冰迅;黃亦申;彭偉;;利用復(fù)合磨粒拋光液的硅片化學(xué)機(jī)械拋光[J];光學(xué)精密工程;2009年07期

2 趙永武,劉家浚;半導(dǎo)體芯片化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中材料去除機(jī)理研究進(jìn)展[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2004年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 趙明利;多頻率超聲輔助磨削納米氧化鋯陶瓷表面/亞表面損傷機(jī)理研究[D];河南理工大學(xué);2010年

2 楊衛(wèi)平;超聲橢圓振動(dòng)—化學(xué)機(jī)械復(fù)合拋光硅片技術(shù)的基礎(chǔ)研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

本文編號(hào)：863873