大尺寸硅片超精密磨床磨削系统动态仿真技术研究

论文摘要

集成电路是现代信息产业和信息社会的基础，全球90%以上的集成电路衬底材料都采用硅片。随着集成电路制造技术的飞速发展，为了增大硅片的产量，降低单位制造成本，硅片趋于大尺寸化。随着硅片尺寸的增大，为了保证硅片具有足够的强度，需增加硅片厚度；与此相反，为了满足先进集成电路芯片封装技术的要求，需减小硅片厚度。这些变化使硅片加工技术面临众多突出问题。为解决这些问题，采用固结磨料砂轮的超精密磨削技术正在取代传统的研磨技术成为硅片超精密平整化加工技术的主流发展方向。本文以直径300mm硅片超精密磨床磨削系统为研究对象，研究了其动态仿真技术并对系统进行了运动分析，对提高我国大尺寸硅片加工技术具有十分重要的意义。本文主要开展了以下工作：首先，介绍了硅片在电子信息技术中所起到的重要作用，对传统硅片磨削技术与现代硅片磨削技术进行了比较，并列举了几种常用的硅片磨削方式及大尺寸硅片超精密磨床，为课题的开展提供铺垫。其次，以基于硅片自旋转磨削原理的大尺寸硅片超精密磨床磨削系统为研究对象，论述了该种磨削方式的磨削原理并建立了数学模型，该数学模型为后文的运动分析提供了理论基础；分析了磨削系统的结构，并分析了磨削主系统中粗磨主轴、精磨主轴、分度台以及工作台的运动方式以及辅助磨削系统中精确定位系统、三向磨削力测量系统、硅片厚度测量系统、面型控制系统以及真空吸盘吸附力测量系统的工作原理。然后，以基于Pro/E异步模式二次开发、三维图形变换、逐帧动画为关键技术，以磨削系统三维模型为基础，开发了磨削系统的虚拟样机，通过对控制面板的操作实现了磨削系统的运动，并能实现对磨削速度的调节，实现了磨削系统的动态仿真。最后，对磨削系统中进给系统的关键工序进行了运动分析，得出了各道关键工序进给系统的运动参数；研究了影响磨削砂轮上某一点在硅片上运动轨迹的因素并得出结论，即运动轨迹与磨削主轴与硅片的转速比有关，与磨削主轴与硅片各自的旋转速度无关；研究了影响被加工硅片面型的参数，得出结论即硅片的面型受磨削主轴进给方向与硅片旋转中心线的夹角影响较大，受磨削主轴的进给速度、砂轮以及硅片的转速影响较小，从而可以通过调整该夹角控制硅片面型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 硅片加工工艺概述
• 1.2.1 传统硅片加工工艺
• 1.2.2 硅片磨削技术的发展
• 1.2.3 硅片超精密磨床概述
• 1.3 课题研究意义及主要内容
• 1.3.1 课题研究意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 本章小结
• 第二章 硅片旋转磨削原理及结构分析
• 2.1 硅片自旋转磨削原理
• 2.2 硅片自旋转磨削运动学建模
• 2.3 磨削系统结构分析
• 2.3.1 磨削主系统
• 2.3.2 滚珠丝杠螺母副
• 2.3.3 辅助磨削系统
• 本章小结
• 第三章 硅片超精密磨床磨削系统虚拟样机系统开发
• 3.1 虚拟样机技术概述
• 3.2 虚拟样机开发所涉及的关键技术
• 3.2.1 异步模式下 Pro/E 的二次开发
• 3.2.2 三维图形变换技术
• 3.2.3 逐帧动画技术
• 3.3 硅片超精密磨床虚拟样机的搭建及动态仿真的实现
• 3.3.1 虚拟样机总体设计
• 3.3.2 软硬件配置
• 3.3.3 磨削系统的建模
• 3.3.4 虚拟装配及干涉检查
• 3.3.5 动态仿真的实现
• 本章小结
• 第四章 磨削系统运动分析
• 4.1 磨削系统关键部件运动分析
• 4.2 磨削砂轮上某一点相对被加工硅片的运动轨迹分析
• 4.3 不同磨削参数对硅片面型的影响
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢