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百万个毫米级晶片全靠它“磨平”! 超精密抛光能有多精密?

2020-03-23

百万个毫米级晶片全靠它“磨平”!超精密抛光能有多精密?


之前一篇报道说是科学家们耗时5年,花了近千万元打造了一个世界上较圆的球体先带大家看看这个球长什么样?


抛光机


对,就是这么个大圆球,不过它存在的意义可是非常重要的,它代表了质量单位1kg的标准,当然,这个1kg的纯硅球在制造过程中也必须进行超精密研磨抛光加工,精密测量球面度、粗糙度、质量等。


今天就和大家聊聊这个超精密抛光工艺,通常,我们总会把研磨和抛光放在一起讲,因为零件经过这两个工序后的粗糙度已经非常小了,咱们先了解一下它们之间的区别。


研磨VS抛光


研磨,是利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒,通过研具与工件在一定压力下的相对运动,对加工表面进行的精准加工。研磨可用于加工各种金属和非金属材料,加工的表面形状有平面、内外圆柱面、圆锥面、凹凸球面、螺纹、齿面及其他型面。加工精度可达IT5~IT1,表面粗糙度可达Ra0.63~0.01微米。


抛光机


研磨


抛光机


▲ 研磨


抛光,是利用机械、化学或电化学的作用,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工方法。


抛光机


▲ 抛光


抛光机


▲ 抛光


两者的主要区别在于:抛光达到的表面光洁度要比研磨更高,并且可采用化学或电化学的方法,而研磨基本只采用机械方法,所使用的磨料粒度会比抛光用的更粗。


超精密抛光工艺在现代制造业中有多重要呢,其应用的领域就能够直接说明问题:集成电路制造、医疗器械、汽车配件、数码配件、精密模具、航天航空等。


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    ▲ 超精密抛光



对现代电子工业而言,超精密抛光是其灵魂,它在现代电子工业中所要完成的使命,不仅仅是平坦化不同的材料,还要平坦化多层材料,使得几毫米立方的硅片通过这种‘全局平坦化’,形成百万晶体管组成的超大规模集成电路。


抛光机


以晶片制造为例,抛光是整个工艺的最后一环,目的是改善晶片加工前一道工艺所留下的微小缺陷以获得最佳的平行度。小编先带大家看看晶片的制造过程。


抛光机


硅晶圆提拉法生长,完成后进行研磨和切片


抛光机


▲ 将硅晶体研磨至所需直径


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线切割成单个硅晶片


抛光机


▲ 将单个硅晶片研磨变薄


抛光机


▲ 蚀刻晶片


抛光机


用超纤维浆料抛光晶片


抛光机



再看一遍抛光过程


其实,对抛光机来说,其核心器件就是“磨盘”,超精密抛光对抛光机中磨盘的材料构成和技术要求近乎苛刻,这种由特殊材料合成的钢盘,不仅要满足自动化操作的纳米级精密度,更要具备精确的热膨胀系数。


抛光机




当抛光机处在高速运转状态时,如果热膨胀作用导致磨盘热变形,基片的平面度和平行度就无法保证,而这种不被允许发生的热变形误差的单位是纳米。


不过,超精密抛光技术只是超精密加工技术的一种,超精密加工技术还包括超精密车削、镜面磨削、超精密研磨、机械化学抛光、电子束曝射、激光束加工、离子溅射和离子注入、金属蒸镀及分子束外延等。





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