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百萬個毫米級晶片全靠它“磨平”! 超精密拋光能有多精密?

2020-03-23

百萬個毫米級晶片全靠它“磨平”!超精密拋光能有多精密?


之前一篇報道說是科學家們耗時5年,花了近千萬元打造了一個世界上較圓的球體先帶大家看看這個球長什么樣?


拋光機


對,就是這么個大圓球,不過它存在的意義可是非常重要的,它代表了質量單位1kg的標準,當然,這個1kg的純硅球在制造過程中也必須進行超精密研磨拋光加工,精密測量球面度、粗糙度、質量等。


今天就和大家聊聊這個超精密拋光工藝,通常,我們總會把研磨和拋光放在一起講,因為零件經過這兩個工序后的粗糙度已經非常小了,咱們先了解一下它們之間的區別。


研磨VS拋光


研磨,是利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒,通過研具與工件在一定壓力下的相對運動,對加工表面進行的精準加工。研磨可用于加工各種金屬和非金屬材料,加工的表面形狀有平面、內外圓柱面、圓錐面、凹凸球面、螺紋、齒面及其他型面。加工精度可達IT5~IT1,表面粗糙度可達Ra0.63~0.01微米。


拋光機


研磨


拋光機


▲ 研磨


拋光,是利用機械、化學或電化學的作用,使工件表面粗糙度降低,以獲得光亮、平整表面的加工方法。


拋光機


▲ 拋光


拋光機


▲ 拋光


兩者的主要區別在于:拋光達到的表面光潔度要比研磨更高,并且可采用化學或電化學的方法,而研磨基本只采用機械方法,所使用的磨料粒度會比拋光用的更粗。


超精密拋光工藝在現代制造業中有多重要呢,其應用的領域就能夠直接說明問題:集成電路制造、醫療器械、汽車配件、數碼配件、精密模具、航天航空等。


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    ▲ 超精密拋光



對現代電子工業而言,超精密拋光是其靈魂,它在現代電子工業中所要完成的使命,不僅僅是平坦化不同的材料,還要平坦化多層材料,使得幾毫米立方的硅片通過這種‘全局平坦化’,形成百萬晶體管組成的超大規模集成電路。


拋光機


以晶片制造為例,拋光是整個工藝的zui后一環,目的是改善晶片加工前一道工藝所留下的微小缺陷以獲得zui佳的平行度。小編先帶大家看看晶片的制造過程。


拋光機


硅晶圓提拉法生長,完成后進行研磨和切片


拋光機


▲ 將硅晶體研磨至所需直徑


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線切割成單個硅晶片


拋光機


▲ 將單個硅晶片研磨變薄


拋光機


▲ 蝕刻晶片


拋光機


用超纖維漿料拋光晶片


拋光機



再看一遍拋光過程


其實,對拋光機來說,其核心器件就是“磨盤”,超精密拋光對拋光機中磨盤的材料構成和技術要求近乎苛刻,這種由特殊材料合成的鋼盤,不僅要滿足自動化操作的納米級精密度,更要具備精確的熱膨脹系數。


拋光機




當拋光機處在高速運轉狀態時,如果熱膨脹作用導致磨盤熱變形,基片的平面度和平行度就無法保證,而這種不被允許發生的熱變形誤差的單位是納米。


不過,超精密拋光技術只是超精密加工技術的一種,超精密加工技術還包括超精密車削、鏡面磨削、超精密研磨、機械化學拋光、電子束曝射、激光束加工、離子濺射和離子注入、金屬蒸鍍及分子束外延等。





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