[發明專利]錫固結金剛石磨料仿生拋光盤及制造方法

無效

• 申請號: 201010159576.4
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101804603A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 王軍;呂玉山
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: B24D5/06
• 分類號: B24D5/06
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 王東煜

技術領域

本發明涉及陶瓷零件、光學晶體零件和半導體晶片的拋光和平坦化技術領 域，特別是涉及一種表面按植物葉序理論排布的錫固結金剛石磨料仿生拋光盤 及制造方法。

背景技術

拋光，特別是化學機械拋光(CMP)是解決平面陶瓷零件、光學晶體零件和 半導體晶片表面超光滑和超平坦的一種重要技術方法。通常化學機械拋光是利 用化學腐蝕和機械摩擦的綜合作用使材料得到去除。在平面拋光過程中如何有 效地解決接觸壓力場和溫度場的均衡問題，拋光液的均勻流動問題及拋光廢物 的有效排除問題一直是該技術領域的難題，這些成為國內外理論研究者和行業 專家們關注的熱點問題。

在平面拋光或集成平坦化過程中，拋光墊的作用是將拋光液帶入拋光區域， 與被拋光工件表面摩擦切削和將拋光產生物帶出拋光區域的作用。對于現有的 拋光墊來說，無論是連續介質形態的還是具有一定微孔形態的拋光墊，由于材 料的牽連或剪切效應，及表面宏觀的連續性，使得拋光接觸壓強產生不均勻、 產生的溫度分布不均勻、拋光液難以均勻的引入和拋光廢物難以順暢排除，更 不能有效地均衡分配化學與機械作用的比例，從而導致被拋光表面宏觀與微觀 輪廓精度下降，更難以實現全局平坦化。

為了解決上述問題，人們從經典的彈性接觸理論出發對接觸壓力場進行了 計算，獲得了接觸壓力場不均勻的原因，并采用了護環法、背墊法和流體負載 法來解決該問題；也采用了拋光墊開槽的方式解決拋光液的流動問題，但是仍 然沒有使所有問題得到更有效全面地解決。然而，“Winkler地基”理論和生物 的葉序理論為我們解決上述問題提供了可能。“Winkler地基”理論是把接觸的 支撐對象看成是無數個獨立沒有橫向牽連或剪切效應的“土柱”支撐，而遵循 葉序理論的葵花籽粒排布結構滿足了“Winkler地基”理論的接觸要求，同時葵 花籽粒的葉序分布又具有了對輻射最大均勻吸收，對空氣流體的均布發散作用。 這些效應滿足了解決拋光過程所存在的問題的要求。因此，只要按照上述理論 制造出相應的拋光墊就能達到解決問題的目的。

激光快速原型制造技術是一種先進制造技術領域的重要技術方法。它能從 CAD直接通過分層制造的方式將零件制造出來，具有周期短、單件小批生產成本 低的特點。激光快速原型技術是通過將CAD產生的零件進行切片，生成數控掃 描程序控制激光頭的運動，利用激光加熱固化成型材料的技術方法。利用該技 術將混有金剛石微分的錫膏進行激光加熱，使錫熔化然后固結金剛石磨料、并 按點狀掃描使錫焊接在基盤上。因此，錫膏激光快速原型技術為我們具體實現 這一拋光盤的制造提供了技術上的保障。

發明內容

本發明要解決的技術問題，是提供一種具有均勻接觸壓強分布、均衡溫度 場和均勻拋光液流動作用，并能及時將拋光的形成廢物及時排除，提高拋光效 率和改善拋光質量的錫固結金剛石磨料仿生拋光盤，同時給出相應的制造方法： “Winkler地基”理論是將接觸對象看成是剪切彈性模量為零，接觸為由一個個 與接觸變形與壓強成正比的獨立“土柱”所組成，因此，將拋光墊切割成相互 分離的單元塊就可以解決連續結構拋光墊的橫向牽連效應，使接觸平均壓強達 到均勻的目的。遵循葉序理論的葵花籽粒排布的結構具有自分離效應，滿足 “Winkler地基”理論模型要求。而這種排布滿足生物學的葉序理論的F.R. Yeatts葉序模型，即滿足θ＝137.508°n，籽粒塊徑向位置滿足具 有了生物進化帶來的表面具有對熱輻射的最大吸收，形成的螺旋溝槽具有對流 體作用時的發散效應。因此，按照上述理論設計和制造的拋光盤就均有均勻接 觸壓強分布、拋光液均布和接觸溫度場分布的作用，同時溝槽和墊凸起塊的交 互作用可合理地匹配化學與機械作用，從而達到提高拋光效率的目的。

采用的技術方案是：

錫固結金剛石磨料仿生拋光盤，包括按照所用拋光盤直徑制作的基盤、錫 固結材料與金剛石磨料混合的錫凸塊。所述的錫凸塊焊接在基盤上，其錫凸塊 在基盤上的分布滿足θ＝137.508°n，籽粒塊徑向位置滿足葉序理論 的F.R.Yeatts葉序模型葵花籽粒的排布結構，其中θ是第n個凸起籽粒塊的極 坐標角度，R是第n個凸起籽粒塊的極坐標半徑，R₀為拋光盤的直徑，k生長系 數。其錫凸塊排布所形成的分割間距具有“Winkler地基”的分割性。

上述的錫凸塊為半球狀凸塊。