复合抛光技术的研究进展

复合抛光技术的研究进展

研磨是对零件和图案表面的光装饰。其主要目标是去除传统加工痕迹，改变零件表面的粗糙度，并保持其光滑、光滑的表面。由于加工对象的材质各有不同、形状多种多样,对表面粗糙度的要求也各不相同,因而,对抛光技术的要求复杂多变。实际上,针对不同的加工对象,具有不同的抛光方法和抛光原理。目前,国内广泛使用的抛光方法有机械抛光、化学抛光、电解抛光、磁力抛光、超声波抛光等1cmp过程的原理CMP工艺的基本原理,是将待抛光工件在一定的压力下及有抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)存在的情况下,相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用,完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面CMP技术是综合化学和机械两方面的特性,实现材料表面高平坦的一种工艺技术。其工艺过程如下:将待抛晶片正面朝下固定在抛光盘上,然后以一定的压力将其压到抛光垫上,晶片和抛光垫接触好后,以一定的流量添加抛光液,抛光液中添加有化学试剂、研磨料及多种附加剂。在CMP过程中,首先,被抛光表面材料与抛光液中的化学试剂发生化学作用,形成易去除的薄膜反应层;再通过抛光垫与晶片之间的研磨料的机械研磨作用,使薄膜反应层从晶片上被剥离下来;最后,剥离下来的产物被流动的抛光液带走,露出新的表面。新的表面再反应,再磨除,周而复始,最后达到全局平坦化CMP技术的应用已从半导体工业中的层间介质,绝缘体,导体,镶嵌金属W、Al、Cu、Au,多晶硅,硅氧化物沟道等的平面化,拓展到薄膜存贮磁盘,微电子机械系统,陶瓷,磁头,机械磨具,精密阀门,光学玻璃,金属材料等表面加工领域当前,硅晶片作为集成电路的主要基片材料,它的尺寸随着超大规模集成电路的发展要求越来越大。在众多的平整化技术中,化学机械抛光(CMP)是目前唯一能获得全局平面化效果的平整化技术。作为目前硅片超精密平整化加工的主要手段,一方面要求加工出的硅片达到纳米级表面粗糙度;另一方面要求整个硅片表面达到亚微米级面型精度。改进传统的单面CMP,采用双面CMP,同时获得光滑而平坦的表面,是大尺寸硅片的理想加工方法及发展趋势。双面CMP中工件由做复杂运动的载体带动,上下抛光盘对工件表面作相对运动,使工件获得均质纹理的抛光表面。在浙江工业大学新研制的MS-6BC超精密双面抛光加工设备上对硅晶片抛光加工,采用双面抛光加工工艺新路线及优化加工工艺参数,可以获得表面粗糙度2电解-机械运动电解-机械抛光是电解和机械双重作用的复合。它与普通机械磨削加工之间最明显的区别是增加了一个直流电解系统。加工过程中工件接直流阳极。工件一侧设有阴极,阴极与工件之间保持一定的间隙。约0.1～1mm。其间通以适当电解液,接通直流电源后,在一定的电流密度下,工件表面发生阳极溶解,形成表面氧化膜。与电解加工所不同的是表面膜的活化和排除不是靠活性离子或强力冲刷,而是通过专门设计的机械工具如砂轮、砂条、砂带等对被加工表面作机械运动实现的。这样,该复合加工方式在表面加工质量、加工精度及加工速度等方面具有高于电解加工的优势。电解-机械加工过程中,首先由于电解作用,使工件表面发生阳极溶解而形成氧化膜,再通过合适的机械运动将这些氧化膜破碎刮除,以达到去金属的目的。由于工件原始表面的微观不平,使得高点处的氧化膜首先被刮除。高点处所露出的新的金属表面继续受到电解溶解—成膜—机械刮除作用,使得该部位的材料被不断地去除,而表面的微观低点或凹陷部位由于氧化膜不被刮除而只能以较低速度去除。这一过程的连续进行,可以使得工件表面得以迅速整平电解-机械复合抛光技术加工范围广,只要有合适的电解工作液就可以加工几乎任何高硬度或高韧性的金属材料;生产效率高,用于模具抛光,其效率相对机械研磨抛光提高3～9倍;表面质量优良,可以稳定地获得电解-机械复合抛光技术在高精度加工、难加工材料加工以及获得高表面质量等方面都展示出了诱人的前景3超声-电解抛光加工特点超声波-电解抛光技术可解决电火花加工后在模具型腔面留下的一些缺陷,提高模具型腔面质量和降低表面粗糙度,以及提高生产率,减少工具损耗。采用超声波-电解抛光技术抛光模具型腔面,可收到良好的效果,达到所需要的光洁型面超声波-电解抛光是由电解作用与超声波振动作用相结合的一种复合加工方法。其中,金属电解加工阳极溶解为主,超声波振动抛光为辅,并伴随着微量火花放电作用。超声波-电解抛光加工工作时,超声波中的超声频引起机械振动,并伴随着以抛光工具作阴极、工件作阳极,工件与抛光工具之间有滚动的电解液(磨料混入电解液内)的电解作用。工件表面金属在电解作用下产生阳极溶解,在阳极溶解过程中,阳极表面会被氧化成一层极薄的氧化物(即阳极薄膜),阻碍电流通过,影响着电解继续进行。但是,刚刚形成的阳极薄膜被具有超频振动中的磨料迅速去除,于是阳极工件又露出新的金属表面,从而继续被电解溶解。这样,电解作用和磨料的细微去除阳极薄膜的作用交替进行以达到加工目的超声波-电解抛光加工模具型腔面时,下凹部分的阳极薄膜,磨料微细切削不到,仍被留在工件表面上,另一方面,由于凹处距阴极较凸出处远,也增大了电阻,降低了该处的电流密度,所以,金属表面溶解量小,溶解速度慢。而凸起处的阳极薄膜被微细磨料去除,且该凸出处的金属电流密度大,溶解快。正由于凸、凹处金属溶解速度的不同,所以有利于达到整个金属表面平整与光滑,从而获得高质量的模具型腔面。超声波-电解抛光加工技术具有可加工高硬度、高强度、高韧性等难加工金属材料,适应性好,模具型腔面无残余应力和毛刺,表面光洁,工具磨损较低,并可解决电解加工中阳极钝化现象而有利于提高生产率等特点。加工硬质合金时,生产率可达400～800mm综上所述,采用超声波-电解抛光模具型腔面,是目前模具制造业中一种可行的、很有发展前景的光整加工方法。4洛仑兹力作用磁力-电解抛光是指在电解抛光时电极间引入外加磁场,电离离子在洛仑兹力和电场力的共同作用下而实现的一种复合光整加工新技术。在抛光过程中,电场的作用为电极接通电源以后,电解液在电场的作用下发生电离并定向移动而构成导电通路,使阳极不断失去电子,而正离子不断溶解析出。磁场的作用为电离离子在洛仑兹力的作用下,改变运动轨迹,增加扩散能力,提高溶液电导率,改变电解反应。与电解抛光相比:1)变直线运动为复杂螺旋曲线运动,增加与未电离电解质的碰撞机会。2)阴离子受洛仑兹力和电场力的共同作用,曲线向阳极运动,改变了到达阳极的方式,即从侧向而不是正面到达。3)洛仑兹力的搅动作用,加速了离子的扩散和迁移,改善电极极化过程,改变了电解反应,从而提高加工效率和降低表面粗糙度磁力-电解抛光是为了更有效地提高电解抛光效率和降低表面粗糙度而出现的复合加工新技术。磁力-电解复合抛光和材料的机械性能无关,抛光后不会产生微裂纹、残余应力、冷作硬化、烧伤等缺陷。日本和我国的一些学者,在对不锈钢、SnSb合金等难加工材料的精加工中,运用磁力电解复合抛光,取得了良好的效果,加工后的表面粗糙度达到5超声-超声波研磨技术电火花-超声复合抛光应用于加工表面粗糙度值电火花-超声复合抛光包括两层意义。1超声振动的影响抛光工具在超声振动的同时,与工件之间产生电火花放电。这是指工件与抛光工具相对,并分别接脉冲电源的正极和负极,也就是采用正极性加工。当抛光工具端部相对工件表面的距离处于一个合理的范围内时,火花放电就受到超声振动的调制。即在超声振动时,可以认为该距离是按正弦规律变化的:当抛光工具端部和工件表面的距离处在放电区内时,间隙被击穿,产生火花放电;当距离大于放电区间,则间隙开路,放电停止。在产生火花放电时,就使被加工工件表面发生融蚀而被抛光。超声振动使抛光工具端部产生超声振动,除了调制电火花放电加工外,还具有排屑和加速切削液循环的作用。2模具型腔抛光技术电火花-超声复合抛光也是为了提高模具整体质量和使用寿命,有效缩短模具生产周期,大幅度降低模具制造成本而发明的一门技术,主要应用于模具型腔的抛光。该抛光技术具有生产效率高、抛光工具磨损较小、抛光工具容易制造、工件表面不易损伤、更适合型腔底部加工的特点。电火花-超声复合抛光的最终的加工表面粗糙度值可达到6复合抛光方法上述5种复合抛光方法,是传统抛光技术的创新,抛光效果及抛光工艺都