[發(fā)明專利]納米深度損傷層機(jī)械化學(xué)磨削方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201710222157.2 | 申請(qǐng)日： | 2017-04-07 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN107042467A | 公開（公告）日： | 2017-08-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 張振宇;黃思玲;崔俊峰;康仁科;郭東明 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 大連理工大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | B24B35/00 | 分類號(hào)： | B24B35/00;B24D18/00;B24D3/14 |
| 代理公司： | 大連理工大學(xué)專利中心21200 | 代理人： | 溫福雪,侯明遠(yuǎn) |
| 地址： | 116024 遼*** | 國(guó)省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 納米 深度 損傷 機(jī)械 化學(xué) 磨削 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及超精密磨削的加工方法，特別涉及硅片和玻璃納米深度損傷層高效超精密磨削方法。
背景技術(shù)
超過90％的半導(dǎo)體器件和大約80％的光伏產(chǎn)業(yè)的太陽(yáng)能電池用硅片制造(Scientific Reports 6(2016)35269；5(2015)16395)，硅片廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、微電子和光電子產(chǎn)業(yè)。玻璃應(yīng)用于各行各業(yè)，如航空、航天、國(guó)防、汽車、建筑等領(lǐng)域。超精密磨削方法廣泛應(yīng)用于硅片和玻璃的超精密加工領(lǐng)域。現(xiàn)有的超精密磨削用砂輪，主要是#3000的樹脂基金剛石砂輪，對(duì)應(yīng)的金剛石磨粒尺寸為5μm，超精磨磨削硅片后的亞表面損傷層厚度為170nm。此外，還有#5000的陶瓷基金剛石砂輪，對(duì)應(yīng)的金剛石磨粒尺寸為2μm，超精密磨削硅片后的亞表面損傷層厚度為160nm。目前市場(chǎng)上沒有尺寸小于2μm的商業(yè)金剛石砂輪。因此，用商業(yè)金剛石砂輪超精密磨削硅片后，亞表面損傷層一般高于160nm，難以達(dá)到納米深度損傷層厚度。但是，超精密磨削方法具有磨削效率高，面型精度好等綜合優(yōu)點(diǎn)，最終的化學(xué)機(jī)械拋光方法就是為了去除超精密磨削方法導(dǎo)致的亞表面損傷層。化學(xué)機(jī)械拋光方法是超精密加工中時(shí)間和成本最高的一種方法，超精密磨削獲得的損傷層越薄，化學(xué)機(jī)械拋光用時(shí)越短，成本越低，因此，納米深度損傷層超精密磨削對(duì)半導(dǎo)體、微電子、光電子等領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
但是，隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)超精密磨削的要求越來越高，傳統(tǒng)的金剛石砂輪難以滿足要求。納米深度損傷層超精密磨削方法是國(guó)際先進(jìn)制造領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，是高性能裝備的核心關(guān)鍵制造技術(shù)，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家均對(duì)超精密磨削工藝與裝備進(jìn)行嚴(yán)格的封鎖與限制。國(guó)外也鮮有納米深度損傷層超精密磨削工藝與方法的報(bào)道，是國(guó)際前沿的超精密加工方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用陶瓷基金剛石砂輪，在機(jī)械化學(xué)復(fù)合作用下實(shí)現(xiàn)納米深度損傷層高效超精密磨削方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種納米深度損傷層機(jī)械化學(xué)磨削方法，采用陶瓷基金剛石砂輪，在機(jī)械化學(xué)復(fù)合作用下實(shí)現(xiàn)納米深度損傷層高效超精密磨削方法，其特征是：
(1)工件為硅片或玻璃；
(2)氧化鋅為結(jié)合劑，添加劑為氧化鈰、氧化鎂、氧化硅或碳化硅；
(3)磨粒為金剛石，尺寸為500-1000nm；
(4)金剛石磨粒的重量百分含量為40-50％，結(jié)合劑的重量百分含量為20-25％，添加劑的重量百分含量為25-40％，將金剛石磨粒、結(jié)合劑和添加劑在室溫下混合均勻，用等靜壓的方法在室溫下壓制成方塊，壓力為500-3000kg/cm2；
(5)將壓制的方塊進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，在350-400℃下形成氣孔，680-700℃下玻璃態(tài)成形，燒結(jié)時(shí)間1.5-2h，燒結(jié)后形成密度為1.4-2.5g/cm3的陶瓷基陶瓷塊；
(6)陶瓷基陶瓷塊均布粘接于鋁合金溝槽中，形成陶瓷基金剛石砂輪；
(7)將陶瓷基金剛石砂輪安裝于超精密磨床上，用碳化硅磨粒在鑄鐵盤上對(duì)陶瓷基金剛石砂輪進(jìn)行整形，然后進(jìn)行超精密磨削，磨削液為去離子水；
(8)超精密磨削時(shí)，陶瓷基金剛石砂輪的轉(zhuǎn)速為2200-2400rpm，工件的轉(zhuǎn)速為100-140rpm，陶瓷基金剛石砂輪的進(jìn)給速率為4-20μm/min；
(9)超精密磨削后，工件表面粗糙度Ra達(dá)到0.9-1.5nm，PV值8-20nm，亞表面損傷層厚度45-100nm，為納米深度損傷層。
工件為硅片或玻璃。硅片是半導(dǎo)體和光伏太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的壟斷材料，玻璃廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍事、國(guó)防、汽車、建筑等各個(gè)領(lǐng)域，硅片放置于空氣中，會(huì)形成納米級(jí)氧化硅薄膜。玻璃的主要成分也是氧化硅，和陶瓷基金剛石砂輪機(jī)械化學(xué)磨削的反應(yīng)機(jī)理是一樣的，因此選擇硅片和玻璃作為工件。
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