[發(fā)明專利]一種單晶碳化硅晶片的化學(xué)集群磁流變復(fù)合加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210304530.6
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN103192297A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 路家斌;潘繼生;祝江亭;閻秋生;徐西鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種單晶碳化硅晶片的化學(xué)集群磁流變復(fù)合加工方法，其特征在于包括如下步驟：

1）將集群圓柱形磁鐵（2）鑲嵌在抗磁拋光盤（1）上，形成集群磁流變拋光盤；將單晶碳化硅晶片（5）通過粘結(jié)劑粘結(jié)在抗磁工具頭(3)上，抗磁工具頭(3)安裝在電機(jī)主軸上；制作化學(xué)磁流變液(4)；

2）將化學(xué)磁流變液（4）倒入恒溫攪拌裝置中，并通過循環(huán)管（7）加入到集群磁流變拋光盤中，化學(xué)磁流變液(4)在集群圓柱形磁鐵（2）作用下會形成磁流變微磨頭（6），多點的磁流變效應(yīng)微磨頭（6）的集群陣列組合構(gòu)成柔性拋光膜；

3）調(diào)節(jié)單晶碳化硅晶片（5）的工作面與抗磁拋光盤（1）之間的間隙，調(diào)節(jié)抗磁工具頭（3）的轉(zhuǎn)速及抗磁拋光盤（1）的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)抗磁工具頭(3)相對抗磁拋光盤（1）的擺速，控制化學(xué)磁流變液(4)的溫度，單晶碳化硅晶片（5）的表面與化學(xué)磁流變液(4)中的磨料之間產(chǎn)生劇烈摩擦，單晶碳化硅晶片（5）的表面與化學(xué)磁流變液(4)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成軟質(zhì)層，形成的軟質(zhì)層在磁流變微磨頭（6）的柔性拋光膜的作用下能迅速去除，完成單晶碳化硅晶片（5）的粗加工；

4）在上述化學(xué)磁流變液(4)中增加平均粒徑為100nm—2um的金剛石磨料，調(diào)節(jié)單晶碳化硅晶片（5）的工作面與抗磁拋光盤（1）之間的間隙，再調(diào)節(jié)抗磁工具頭（3）的轉(zhuǎn)速及抗磁拋光盤（1）的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)抗磁工具頭(3)相對抗磁拋光盤（1）的擺速，控制化學(xué)磁流變液(4)的溫度，在磁流變效應(yīng)和化學(xué)共同作用下，粒徑更細(xì)的金剛石磨料參與工作，完成單晶碳化硅晶片（5）的工作面的精加工；

5）重新配置化學(xué)磁流變液(4)，調(diào)節(jié)單晶碳化硅晶片（5）的工作面與抗磁拋光盤（1）之間的間隙，再調(diào)節(jié)抗磁工具頭（3）的轉(zhuǎn)速及抗磁拋光盤（1）的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)抗磁工具頭(3)相對抗磁拋光盤（1）的擺速，控制化學(xué)磁流變液(4)的溫度，在磁流變效應(yīng)下，二氧化硅磨料參與工作,完成單晶碳化硅晶片(5)的原子級加工，獲得表面無損傷的超光滑單晶碳化硅晶片表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶碳化硅晶片的化學(xué)集群磁流變復(fù)合加工方法，其特征在于上述集群圓柱形磁鐵（2）的端面磁場強(qiáng)度至少為2000GS；集群圓柱形磁鐵（2）的每個磁性體直徑為8～30mm，集群圓柱形磁鐵（2）中彼此磁鐵之間的間距為0～10mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶碳化硅晶片的化學(xué)集群磁流變復(fù)合加工方法，其特征在于上述步驟2）中，將化學(xué)磁流變液（4）倒入恒溫攪拌裝置中，并以100～800ml/min流量通過循環(huán)管（7）加入到集群磁流變拋光盤中，化學(xué)磁流變液（4）在集群圓柱形磁鐵（2）的作用下會形成磁流變微磨頭（6）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶碳化硅晶片的化學(xué)集群磁流變復(fù)合加工方法，其特征在于上述化學(xué)磁流變液(4)需要攪拌和循環(huán)，循環(huán)流量在100～800ml/min，化學(xué)磁流變液(4)的拋光工作溫度控制在25～65⁰C之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶碳化硅晶片的化學(xué)集群磁流變復(fù)合加工方法，其特征在于上述步驟1）中，如果拋光單晶碳化硅晶片(5)的硅面時，制作化學(xué)磁流變液(4)的方法是：在去離子水中加入濃度為5%～25%的通過SiO₂膠體粒子表面定向沉積法對羰基鐵粉(CIP)進(jìn)行表面包覆而形成的平均粒徑為2um～10um的CPI-SiO₂復(fù)合粒子，濃度為3%～15%的平均粒徑為2um～7um的金剛石磨料，濃度為5%～20%的甘油，濃度為10%—30%的雙氧水或者次氯酸鈉，并通過加入氫氧化鈉或者氫氧化鉀調(diào)節(jié)PH值為10-12；拋光單晶碳化硅晶片(5)的碳面時，制作化學(xué)磁流變液(4)的方法是：在去離子水中加入濃度為5%～25%的通過正硅酸乙酯(TEOS)對羰基鐵粉(CIP)表面改性得到的平均粒徑為2um～10um的改性CIP復(fù)合粒子，濃度為3%～15%的平均粒徑為2um～7um的金剛石磨料，濃度為5%～20%的甘油，濃度為10%—30%的雙氧水或者次氯酸鈉，并通過加入稀氫氟酸調(diào)節(jié)PH值為2-4。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶碳化硅晶片的化學(xué)集群磁流變復(fù)合加工方法，其特征在于上述步驟3）中，粗拋光時，單晶碳化硅晶片（5）與抗磁拋光盤（1）之間的間隙為0.4～1mm，抗磁工具頭（3）的轉(zhuǎn)速為1000～3000rpm，抗磁拋光盤（1）的轉(zhuǎn)速為60～180rpm，抗磁工具頭(3)相對拋光盤擺速為5～20m/min。