单晶SiC集群磁流变研磨加工工艺实验研究

【摘要】SiC作为第3代半导体材料,与Si、GaAs相比,具有带隙宽、热导率高、电子饱和漂移速率大、化学稳定性好等优点,非常适于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成的电子器件。SiC晶片的应用要求其表面超光滑、无损伤、无缺陷,其加工质量直接影响到电子器件的性能。但单晶SiC为典型的硬脆材料,莫氏硬度约为9.2仅次于金刚石,同时具有良好的化学稳定性,常温下几乎不与酸碱发生反应,常规研磨工艺效率低、容易产生裂纹和缺陷。研磨加工不仅要快速去除切割留下的锯痕和变质层,也要为抛光提供良好的形状精度、尺寸精度和表面质量,因此实现较好的加工质量的基础的同时提高加工效率至关重要。针对单晶SiC研磨加工出现的问题,进行了单晶SiC基片研磨工艺的探索研究,提出了改进方案,研磨获得了均匀无划痕的晶片,验证了集群磁流变研磨单晶SiC晶片的可行性,在保持较好加工表面的同时显著提高了研磨效率,采用W14金刚石为磨粒的集群磁流变研磨比传统研磨的材料去除率提高了21.2%。比较了不同规格的磁铁在研磨盘面吸附磁性粒子的特点,研究了磁性粒子对磨粒的约束形式,并通过相似形状、不同种类磨粒与磁性粒子的粒径匹配试验比较分析了不同的粒径比对加工效果的影响,当磨粒与磁性粒子粒径比A：C≈1.5时能够取得较好的加工效果。试验研究了铁粉浓度、磁场强度、研磨压力、磨粒粒径等重要单因素加工参数对集群磁流变研磨单晶SiC的影响规律,并在此基础上通过正交试验研究了四种重要工艺参数磁场强度、研磨压力、研磨盘转速、工件转速对单晶SiC集群磁流变研磨的影响规律,以6.63μm(D50粒径)的碳化硼磨粒和3.84μm(D50粒径)的羰基铁粉微粉为磁流变研磨液基础,优化了工艺参数。单晶SiC研磨优化后的工艺参数为：工件转速60r/min,研磨盘转速-90r/min,研磨压力70kpa,磁场强度120Gs,获得了最大的材料去除率0.498μm/min,及较低的表面粗糙度Ra值86.3nm。
【作者】刘其；
【导师】阎秋生；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】单晶SiC；集群磁流变研磨；工艺；材料去除率；磨粒约束；

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