超精密磨削蓝宝石基片的软磨料砂轮磨削性能

论文摘要

单晶蓝宝石具有良好的热特性、电气特性、透光性、耐磨性和较高的硬度,所以作为发光二极管(LED)、蓝光激光器(LD)的基片广泛应用于大屏幕彩显、特种照明、交通信号、光通讯等领域。蓝宝石晶体加工的基片也是高性能半导体芯片和超导薄膜的理想衬底材料,同时作为红外探测器和传感器窗口材料广泛应用于军事领域。无论是用于微电子和光电子领域还是作为观察窗口材料,均对其表面加工精度和表面完整性有较高的要求。单晶蓝宝石莫氏硬度为9,加工比较困难。游离金刚石磨料研磨蓝宝石基片的方法存在着基片表面和亚表面损伤严重、加工效率低、磨料消耗大、加工成本高等问题。同时蓝宝石基片最终的CMP加工也存在着效率比较低,碱性或者酸性抛光液后续处理困难等问题。针对蓝宝石基片加工过程中存在的问题,本文提出了蓝宝石基片的软磨料砂轮磨削加工方法,该方法加工蓝宝石基片不仅可以获得较好的表面加工精度和较高的加工效率,同时还可以获得低损伤加工表面。针对蓝宝石的物理化学特性,本文优选了软磨料磨具组分,设计了软磨料磨具的配方和磨具结构,研究了软磨料磨具的制备工艺,开发了两种不同主料的软磨料研磨盘,采用单因素试验研究了软磨料种类、研磨盘转速和研磨压力对加工质量的影响。在此基础上,改进了软磨料砂轮的配方,设计了软磨料砂轮的结构,制作了两种不同主料的杯型软磨料砂轮,并采用同粒度的金刚石砂轮进行了超精密磨削单晶蓝宝石基片的对比试验,研究了软磨料砂轮的磨削性能。试验表明,软磨料砂轮磨削蓝宝石基片可以获得超光滑低损伤的加工表面,同时材料去除率也得到了提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 单晶蓝宝石晶体材料特性
• 1.2 论文选题背景
• 1.3 蓝宝石基片国内外加工现状
• 1.3.1 单晶蓝宝石晶体材料加工技术简介
• 1.3.2 国外技术现状
• 1.3.3 国内技术现状
• 1.4 本文主要研究内容及意义
• 2 软磨料研磨盘的研制
• 2.1 磨料组分的选择
• 2.1.1 磨具各组分的选用
• 2.1.2 磨具配方的设计
• 2.2 研磨盘结构的设计
• 2.3 制作工艺以及具体加工
• 2.4 研磨盘的修整
• 2.5 本章小结
• 3 软磨料磨具加工去除机理
• 3.1 软磨料磨具加工材料去除模型
• 3.1.1 单晶蓝宝石固相化学反应原理
• 3.1.2 固结软磨料加工原理
• 3.1.3 接触压力
• 3.1.4 接触面积
• 3.1.5 表面接触温度
• 3.2 影响固相化学反应的因素
• 3.3 软磨料研磨盘研磨性能
• 3.3.1 加工设备以及检测手段
• 3.3.2 研磨性能研究
• 3.4 本章小结
• 4 软磨料砂轮磨削性能研究
• 4.1 软磨料砂轮的研制
• 4.1.1 软磨料砂轮配方的设计
• 4.1.2 软磨料砂轮结构的设计
• 4.1.3 砂轮动平衡及修整
• 4.2 蓝宝石基片自旋转磨削
• 4.2.1 超精密旋转工作台磨削
• 4.2.2 自旋转工作台磨削原理与特点
• 4.3 软磨料砂轮磨削性能
• 4.3.1 试验条件与检测方法
• 4.3.2 试验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢