本文關(guān)鍵詞：硬脆材料超聲波振動輔助研磨拋光的仿真與試驗研究

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【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，對國際電子產(chǎn)業(yè)起到了關(guān)鍵性的作用，也是制約各國電子信息發(fā)展的關(guān)鍵要素。與此同時，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，這類材料對加工過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。為了使這類難以加工的硬脆材料實現(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)的加工機理比較復(fù)雜，在材料去除機理、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輔助研磨拋光試驗與有限元仿真相結(jié)合的方式，研究不同工藝參數(shù)對研磨拋光加工性能的影響，同時分析了超聲波振動輔助加工條件下研磨拋光中的材料去除機理。 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)地綜述了國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，通過綜合分析超聲波振動輔助加工技術(shù)較常規(guī)機械加工的優(yōu)越性，，提出了本文擬開展超聲波振動輔助研磨拋光加工研究的命題。 在常規(guī)研磨拋光機的基礎(chǔ)上，搭建了超聲波振動輔助加工平臺，詳細(xì)介紹了論文試驗部分所使用的試驗設(shè)備、檢測裝置，論述了詳細(xì)的實驗步驟和操作流程。結(jié)合影響研磨拋光的工藝參數(shù)制定詳細(xì)的試驗方案，根據(jù)試驗方案介紹了試驗材料與試劑。 從單晶硅研磨拋光試驗入手，通過超聲波振動輔助加工裝置，開展了不同工藝條件下的研磨拋光試驗，根據(jù)整理后的試驗數(shù)據(jù)，闡述不同工藝參數(shù)對材料去除率和表面形貌的影響，對比常規(guī)研磨拋光與超聲波振動輔助加工下的試驗結(jié)果，進而提出研磨拋光材料去除過程和超聲波振動下的材料去除機理。 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，開展了研磨拋光加工過程中材料變形損傷與去除機制的研究，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。 論文通過有限元仿真和試驗研究，深入地探討了工藝參數(shù)對研磨拋光加工技術(shù)的影響，同時通過利用超聲波振動輔助加工的方法來改善加工工藝，并分析了研磨拋光加工的材料去除機理，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 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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG580.6
【目錄】：

• 本文工作得到下列項目資助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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢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 超聲波振動加工20-23
• 1.3 本文研究內(nèi)容23-24
• 第2章 超聲波振動輔助研磨拋光加工試驗裝置24-40
• 2.1 試驗裝置組成24-29
• 2.1.1 超聲波振動輔助研磨拋光加工裝置24-27
• 2.1.2 超聲波振動裝置27-29
• 2.1.3 試驗輔助裝置29
• 2.2 試驗方案與流程29-36
• 2.2.1 試驗方案29-32
• 2.2.2 試驗流程及注意事項32-36
• 2.3 試驗材料與試劑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 試驗原料和試劑38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第3章 超聲波振動輔助研磨拋光加工的試驗研究40-66
• 3.1 工藝參數(shù)對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 研磨時間的影響48-50
• 3.2 工藝參數(shù)對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 超聲波振動輔助拋光對加工試件表面形貌的影響56-58
• 3.3 超聲波振動輔助研磨拋光加工過程的材料去除機理58-64
• 3.3.1 研磨材料去除過程58-60
• 3.3.2 拋光材料去除過程60-62
• 3.3.3 超聲波振動下的研磨拋光材料去除機理62-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 第4章 研磨拋光加工過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94-102
• 作者簡介及攻讀學(xué)位期間的論文及專利成果102-104
• 一、作者簡介：102
• 二、主要研究成果102-104
• 致謝104

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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本文編號：863873