石英晶体基片高效精密加工装备控制系统研制

论文摘要

随着石英晶体元器件产业的快速发展,对石英晶片的加工质量、效率提出了更高要求。如何方便、高效地获得超平滑、无损伤的表面质量,是石英晶体基片超精密抛光加工技术的重要研究方向。考虑到国内外晶片抛光机的研究现状和不足,本文在对抛光压力加载系统、抛光盘改进的基础上研制了一套晶片高效精密加工装备控制系统,以适应晶片加工自动化的要求。本文在分析各工艺因素对抛光质量影响的基础上,对双面抛光机控制系统进行了总体设计。重点研究了一种基于步进电机控制的抛光压力加载系统及其分段式PID控制,分析了系统动态性能,并对压力变化进行了正弦优化;研究了抛光盘直流无刷电机的双闭环调速系统及其电流环的PI控制与速度环的模糊自整定PID控制,提高了转速控制精度;实现了多个抛光盘电机速度的任意组合,改善了抛光转速组合的灵活性。通过多次石英晶片的抛光实验,基本达到对石英晶片高效精密加工的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.2.1 晶片抛光加工方法的研究现状
• 1.2.2 晶片抛光设备的研究现状
• 1.2.3 晶片抛光加工研究趋势
• 1.3 本论文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 晶片双面抛光工艺因素分析
• 2.1 抛光机理分析
• 2.2 晶片抛光加工质量评价指标
• 2.3 晶片抛光加工主要工艺因素分析
• 2.3.1 抛光速度
• 2.3.2 抛光压力
• 2.3.3 抛光轨迹
• 2.3.4 抛光液
• 2.3.5 抛光盘
• 2.4 晶片抛光工艺参数合理范围的确定
• 2.5 本章小结
• 第3章 双面抛光机控制系统总体设计
• 3.1 MS-6S-Ⅳ型双面抛光机
• 3.2 MS-6S-Ⅳ型双面抛光机控制系统总体设计
• 3.2.1 MS-6S-Ⅳ型双面抛光机的控制要求
• 3.2.2 MS-6S-Ⅳ型双面抛光机控制系统总体设计
• 3.3 双面抛光机控制系统硬件设计
• 3.3.1 嵌入式微控制器模块
• 3.3.2 显示与输入模块
• 3.3.3 抛光压力控制模块
• 3.3.4 抛光盘转速控制模块
• 3.4 双面抛光机控制系统软件设计
• 3.4.1 双面抛光机控制流程
• 3.4.2 双面抛光机控制系统人机界面
• 3.5 本章小结
• 第4章 抛光压力控制系统研究
• 4.1 压力加载系统组成
• 4.2 压力加载模式
• 4.2.1 抛光压力分段设置
• 4.2.2 抛光压力上升过程优化
• 4.3 压力加载系统数学模型
• 4.3.1 步进电机传动机构数学模型
• 4.3.2 弹簧均压执行机构数学模型
• 4.3.3 压力加载系统数学模型
• 4.4 压力控制器设计及加载系统仿真
• 4.5 压力加载实验研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 抛光盘转速控制系统研究
• 5.1 抛光盘运行模式
• 5.2 直流无刷电机数学模型
• 5.3 直流无刷电机双闭环调速系统设计
• 5.3.1 电流环设计
• 5.3.2 速度环设计
• 5.4 抛光盘转速控制实验研究
• 5.5 本章小结
• 第6章 石英晶片加工工艺及双面抛光实验
• 6.1 石英晶片加工工艺流程
• 6.2 石英晶片双面抛光加工实验
• 6.2.1 实验条件
• 6.2.2 抛光工艺参数选择
• 6.2.3 实验结果与分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 研究总结
• 7.2 课题展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果