蓝宝石晶片化学机械抛光工艺与实验研究

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1、密级：非密中图分类号：(TN305TG580)硕士学位论文蓝宝石晶片化学机械抛光工艺与实验研究研究生：胡扬轩导师：邓朝晖学科：机械工程研究方向：高效精密智能制造2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterTechnologyandexperimentalstudyonchemicalmechanicalpolishingofsapphirewaferCandidate：HuYangxuanSupervisorandRank：DengZhaohuiProfe

2、ssor蓝宝石晶片化学机械抛光工艺与实验研究学位类型学术型学位作者姓名胡扬轩作者学号15010301014学科（专业学位类别)机械工程研究方向（专业领域)高效精密智能制造导师姓名及职称邓朝晖教授实践导师姓名及职称所在学院机电工程学院论文提交日期2018年5月28日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确

3、方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：2018年5月28日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：2018年5月28日导师签名：日期：2018年5月28日摘要蓝宝石晶体具有强度高、

4、硬脆性大、耐高温、耐化学腐蚀、抗磨损等优良性能，在半导体照明、国防军工、航天航空和智能穿戴消费电子产品等领域得到广泛的应用。而蓝宝石作为典型的硬脆难加工材料，实现高效低损伤超精密加工成为阻碍其应用发展的障碍。为了达到高效率、高质量、低成本、少无损伤等加工要求，目前国内外应用最为广泛的超精密加工技术是化学机械抛光。化学机械抛光是机械磨削和化学腐蚀交替作用的组合技术。人们对化学机械抛光的材料去除机理以及工艺因素的影响仍缺乏深入的认识，许多方面还需要进行深入地研究。本文对蓝宝石晶片单面和双面化学机械抛光

5、工艺及抛光工艺参数对其抛光效果影响规律进行实验研究，其研究成果对实现蓝宝石晶片的高效低损伤超精密加工具有重要的指导作用。本文具体研究工作内容包括：首先，在Nanopoli-100单面修正环型抛光机和YH2M77110高精度立式双面磨削（抛光）机上对蓝宝石晶片进行化学机械抛光实验。利用单因素实验方案，定量分析探究单面和双面加工方式对化学机械抛光实验结果的影响，分析研究工艺参数对单面和双面抛光效果的影响规律。其次，为了提高化学机械抛光过程中蓝宝石晶片的材料去除率和改善晶片表面质量，在YH2M77110

6、高精度立式双面磨削（抛光）机上进行蓝宝石晶片双面化学机械抛光实验，研究工艺参数之间的交互作用对材料去除率和表面粗糙度的影响，通过权矩阵分析方法综合考虑材料去除率和表面粗糙度两个评价指标对工艺参数进行优化，并通过实验对优化结果的抛光效果进行验证。最后，基于压痕断裂力学理论，建立蓝宝石晶片化学机械抛光亚表面损伤深度预测模型。开展抛光实验研究，采用截面显微观测和光照强度的损伤检测方法对晶片亚表面损伤深度进行检测，对预测模型的可靠性进行验证。结合实验结果对工艺参数与亚表面损伤深度的影响规律进行分析。关键词

7、：蓝宝石晶片；化学机械抛光；表面质量；亚表面损伤；工艺参数优化IABSTRACTSapphirecrystalhasexcellentpropertiessuchashighstrength,hardbrittleness,hightemperatureresistance,chemicalcorrosionresistanceandabrasionresistance.Ithasbeenwidelyusedinthefieldsofsemiconductorlighting,defenseind

8、ustry,aerospaceandintelligentwearconsumerelectronics.Assapphireisatypicalhardandbrittlematerial,achievingultra-precisionmachiningwithhighefficiencyandlowdamagehasbecomeanobstacletoitsapplication.Inordertoachievehighefficiency,highquality,lowco