高端塑料模具钢S136表面CMP精细加工工艺研究

发布时间：2017-11-08 20:35

  本文关键词：高端塑料模具钢S136表面CMP精细加工工艺研究

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【摘要】：模具型腔表面粗糙度不仅影响成型器件美观,且对产品性能有很大影响。随着高端塑料模具钢对表面质量要求越来越严苛,当前抛光技术局限性越来越大已难以满足其要求。探索一种新抛光技术使高端塑料模具钢在获得超光滑表面的同时获得全局平坦化很迫切并具有重大现实意义。化学机械抛光(CMP)作为当前能获得全局平坦化技术,在超大规模集成电路中广泛应用且抛光材料能获得理想抛光性能。本文以应用最广泛的高端塑料模具钢S136钢为例,来探讨采用CMP技术使其获得优良抛光性能的工艺参数组合并分析其材料去除机制和化学抛光机理。本文采用X射线衍射,扫描电子显微镜,原子力显微镜等检测手段来表征抛‘光性能,以均方根粗糙度(RMS)和材料去除速率(MRR)评价抛光性能。文中研究了影响CMP性能最重要的参数,包括抛光液酸碱性、下压力、抛光机转速、磨料粒子种类。首先以单因素变量法来确定上述参数的大致分布水平。结果表明,压力与转速对S136钢抛光性能的影响呈现相似规律,随着压力转速的增大,MRR均增大,在参数值较小范围内,MRR对压力和转速的关系都可用改进的Preston方程来表达且由此方程预测的数值与实验测定值的误差在2%以内,当压力转速值进一步增大时,Preston方程失效；抛光液酸碱性对抛光性能有巨大影响,在酸性抛光液体系中,S136钢能获得更好的抛光性能；针对不同的磨料种类,最大的MRR和最小的RMS不能在同一个磨料中获得,经过综合考虑,选取Si02作为最佳磨粒。确定了各参数的大致分布水平后,采用正交实验法提出最佳抛光工艺参数,并进行实验验证。分别以MRR和RMS为评价指标,通过XRD分析、SEM分析、AFM分析进行结果验证。结果表明,原始S136钢RMS值为68.31nm,经最佳工艺参数抛光后,其RMS值为2.87nm. MRR值为173.26nm/min,与其他参数组合相比较, 最佳工艺参数在获得最小表面粗糙度同时获得了最大的材料去除速率,这证实了以上正交实验结果所得出数据的有效性和可靠性。由指标关系图分析了各因素对抛光性能的影响程度大小。最后,本文详细探讨S136钢CMP过程材料的去除机制和化学抛光机理,并对抛光缺陷的形成原因进行分析。对于S136钢的CMP过程,最为关键和核心的是使化学作用和机械作用之间取得平衡,所有参数变化和组合的本质是影响机械作用和化学作用的匹配平衡程度。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.6

【参考文献】

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本文编号：1158740