硅片超精密磨削用金刚石砂轮的制备及磨削性能研究

摘要

磨削加工是加工硅片的一个重要的进程。当前,IC产业发展要求硅片质量高和生产成本低。这对用于硅片加工的砂轮自身修整能力、表面低损伤、稳定性、耐磨性和经济性等方面提出了一个巨大挑战。本文旨在于研究硅片超精密磨削用砂轮制备工艺与配方对砂轮气孔率、强度、硬度的影响规律,从而分析砂轮制备工艺与配方对砂轮磨削比、磨削效率、硅片表面质量的影响。通过理论计算与实验,研究造孔剂碳酸氢钠颗粒大小对砂轮气孔大小与砂轮性能的影响规律,碳酸氢钠含量对砂轮气孔率大小与砂轮性能的影响规律。并得出以下主要结论:
　　 (1)树脂结合剂含量从5％增加到25％,硅片超精密磨削用砂轮的气孔率逐渐减小,硬度增加,抗压强度逐渐提高,磨削比随之提高,磨削效率逐渐提高,硅片的表面粗糙度先保持稳定,后增大。
　　 (2)金刚石含量在20％～60％之间时,硅片超精密磨削用砂轮气孔率基本保持不变,硬度呈缓慢增大趋势,强度变化不大,磨削比先增大后趋于稳定,磨削效率先增大后趋于稳定,硅片表面粗糙度先呈微量减小趋势,后趋于稳定。
　　 (3)在砂轮硬化过程中,造孔剂碳酸氢钠分解生成二氧化碳气体,在砂轮内部形成气孔。通过理论计算与实验验证得到:碳酸氢钠造孔剂颗粒尺寸大小决定砂轮气孔大小,碳酸氢钠含量决定砂轮气孔率大小。
　　 (4)通过实验分析得出造孔剂碳酸氢钠粉末粒径对砂轮性能的影响规律:造孔剂碳酸氢钠粉末粒径由5μm增大到100μm时,其对应砂轮抗压强度、硬度稍微减小,气孔率基本维持不变,磨削比、磨削效率降低,硅片表面粗糙度值增大。通过实验分析得出造孔剂碳酸氢钠含量对砂轮性能的影响规律:随着造孔剂碳酸氢钠含量增加,砂轮气孔率增加,砂轮硬度、抗压强度迅速降低,磨削比先升高后快速下降,磨削效率先逐渐提高后有所下降,硅片表面粗糙度值呈减小趋势。
　　 (5)随着成型压力从3MPa增加到9MPa,硅片超精密磨削用砂轮的气孔率逐步减小,硬度、抗压强度逐步提升,磨削比随之提高,磨削效率先逐步增大至一定程度后减小,硅片表面粗糙度先保持稳定后增大。
　　 (6)随着砂轮硬化温度升高,砂轮的气孔率、硬度、强度逐渐提高。硬化温度从220℃到280℃,砂轮磨削比提高；硬化温度升高到300℃时,砂轮磨削比稍微下降。硬化温度从220℃到260℃,砂轮磨削效率逐渐提高,磨削后硅片表面粗糙度值维持不变；硬化温度超过260℃后,砂轮磨削效率下降,磨削后硅片表面粗糙度值增大。