藍寶石切割機設(shè)計

藍寶石切割機設(shè)計,藍寶石切割機設(shè)計,藍寶石,切割機,設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文） 開 題 報 告 1 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 開題報告 1 選題的背景和意義 單晶藍寶石具有良好的物理、化學(xué)和光學(xué)特性，在微電子、工業(yè)、國防、科研以及 GaN 晶片 LED 襯底領(lǐng)域得到越來越廣泛的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于藍寶石晶片的加工精度以及表面質(zhì)量要求越來越高，因此藍寶石的高效低損加工工藝成為阻礙藍寶石工業(yè)發(fā)展的主要障礙。 現(xiàn)今隨著機電一體化的發(fā)展，機械手也被廣泛的利用各種機械當(dāng)中，自動切割漸漸取代了手工切割，藍寶石切割機能自動將放入的工件切割成所要求的形狀，這樣可以大大提高切割效率，減輕人力負擔(dān)，藍寶石切割機的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率較手動切割機高。 本文簡要的概述了藍寶石切割機的設(shè)計發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 1.1 選題的背景 藍寶石以其良好的物理、化學(xué)和光學(xué)特性，在微電子、工業(yè)、國防、科研以及 GaN 晶片 LED 襯底領(lǐng)域得到越來越廣泛的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于藍寶石晶片的加工精度以及表面質(zhì)量要求越來越高，因此藍寶石的高效低損加工工藝成為阻礙藍寶石工業(yè)發(fā)展的主要障礙。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 80年代初期，國際商業(yè)機器公司(IBM)首先提出的化學(xué)機械拋光引入集成電路進行平坦化的制程工作。主要是通過適當(dāng)?shù)闹瞥虆?shù)設(shè)計，利用一個拋光平臺，配合適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)溶液，將晶片表面高低起伏不一的輪廓加以磨平。安永暢男使用不銹鋼環(huán)拋光藍寶石，發(fā)現(xiàn)藍寶石界面與不銹鋼形成了結(jié)構(gòu)松軟的固相化學(xué)反應(yīng)層，藍寶石表面具有鏡面光澤，而且沒有發(fā)現(xiàn)亞表面損傷的現(xiàn)象，并提出了機械化學(xué)拋光的概念。Namba和Tsuwa等人在進行藍寶石超拋光的實驗中，利用二氧化硅水溶液搭配上錫盤當(dāng)研磨盤，首次觀察到藍寶石的殘余表面粗糙度為1nm，對于使用SiO2當(dāng)磨粒而言，因為其硬度比藍寶石的要低，理論上并不具有去除藍寶石表面的能力，但是實驗結(jié)果卻說明SiO2拋光液具有去除藍寶石表面材料的能力，利用此套儀器設(shè)備對藍寶石進行拋光可獲得比較好的表面粗糙度并認為在超拋光中，拋光液中直徑7nm的膠羽狀SiO通過撞擊移除了藍寶石表面原子，并提出了一種新的拋光方法，浮法拋光法。Gutsehe和Moody等人在其研究成果上提出假設(shè)，他們認為是由于單純的化學(xué)反應(yīng)SiO2才能移除藍寶石表面的原子，而來自拋光過程摩擦產(chǎn)生的熱是化學(xué)反應(yīng)能夠進行的驅(qū)動力，并提出化學(xué)反應(yīng)式為： 反應(yīng)后生成物為高嶺土，并可利用拋光液的流動特性將高嶺土移除。 Prochnow和Edwards等人使用直接接觸法搭配上瀝青拋光盤對藍寶石進行超拋光，拋光結(jié)果均方根粗糙度值可達到0.2~0.3nm。 B.Hader和o.weis依據(jù)Prochnow和Edwards等人證實的直接接觸的想法的基礎(chǔ)上，提出了“熱液磨耗”的理論模型。最近幾年，國際上一些知名的半導(dǎo)體及光電子技術(shù)公司紛紛投入了大量的資金去研究藍寶石拋光，并取得了一定的成果，如美國、日本、德國以及俄羅斯等公司己經(jīng)能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)3英寸的單晶藍寶石，并且正在研發(fā)4英寸的技術(shù)。 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 隨著第三代半導(dǎo)體材料的GaN的推出，藍寶石作為LED最重要的襯底材料之一，國內(nèi)需求量處于日益增長。藍寶石切割技術(shù)作為襯底材料加工的重要工序之一，目前在國內(nèi)存在很多不足。如切割精度不足，生產(chǎn)效率低下，切割表面損傷較大等等[2] 相比與國外，我國的起步比較晚，20世紀80年代才正式開始對藍寶石進行研究開發(fā)，北京市光電子技術(shù)實驗室李冰、郭霞等人研究了利用碳化硼作為磨料對藍寶石基片外延片減薄加工過程中，比較了在不同的氮化硼磨料粒度對藍寶石去除速率和表面粗糙度的影響，以及去除速率和表面粗糙度與研磨盤轉(zhuǎn)速和研磨壓力的關(guān)系，通過比較實驗最終表面粗糙度可達到Ra60.25nm。浙江工業(yè)大學(xué)袁巨龍等人，研究討論了藍寶石化學(xué)機械拋光過程中的必備條件，并提出了相應(yīng)的拋光機理。文章認為藍寶石加工過程中， 即使藍寶石與磨料在高速接觸過的界面接觸點的時間非常短，也能發(fā)生固相化學(xué)反應(yīng)，生成10數(shù)量級厚度的化學(xué)反應(yīng)層，且反應(yīng)生成物與材料自身的結(jié)合力很低，在拋光過程中極易用磨粒的機械作用移除。河北工業(yè)大學(xué)王娟等人對藍寶石晶片化學(xué)機械拋光液進行了研制并對藍寶石襯底片進行了化學(xué)機械拋光加工，確定了適宜藍寶石化學(xué)機械拋光加工的條件：T=30℃，pH值在9和13之間，并得出采用大粒徑、高濃度的SiO2拋光液并且在拋光液中應(yīng)加入適量添加劑，可以獲得較高的材料去除率和較好的表面粗糙度。深圳奧普光電子有限公司發(fā)明了一種新的藍寶石加工方法，叫固相反應(yīng)濕式CMP加工方法。該加工方法選取比藍寶石硬度低的氧化物微粉作為磨料；在拋光中，氧化物磨料與藍寶石接觸，在接觸點發(fā)生固相化學(xué)反應(yīng)，生成結(jié)晶層；磨料通過機械接觸把結(jié)晶層去除。通過實驗結(jié)果表明用該拋光加工方法獲得的藍寶石表面基本沒有任何損傷，獲得了比較理想的加工表面，提高了拋光加工效率，降低了生產(chǎn)成本。 從上面國內(nèi)外對藍寶石的幾種加工方法可以看出，對藍寶石晶體的加工條件都比較特殊，雖然加工后得到的晶體表面精度能夠達到使用的要求，但同時晶體表面也存在一定的缺陷，影響晶體的應(yīng)用，因此開展對藍寶石 CMP 加工的研究，探索藍寶石晶體的加工方法對其未來的應(yīng)用也很重要。 [1] 2 研究的基本內(nèi)容 1） 對藍寶石切割機的執(zhí)行系統(tǒng)進行設(shè)計，對裝備圖進行設(shè)計； 2） 對切割機夾具快速定心進行設(shè)計； 3） 對切削液循環(huán)系統(tǒng)進行設(shè)計。 2.1 基本框架 藍寶石切割機總共分為4部分：夾緊機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)，循環(huán)系統(tǒng) 將藍寶石工件放置在工作臺上，利用夾具將其夾緊，用帶鋸進行切割，通過控制系統(tǒng)來控制帶鋸的走到路徑，不停地用切削液對切割區(qū)域進行沖刷，將切割時產(chǎn)生的寶石粉末沖掉，從工作臺的孔中流入沉淀池，對含有寶石粉末的切削液進行沉淀，從而使切削液循環(huán)使用，也可以對寶石粉末進行回收利用 夾緊部分：利用夾具對工件進行緊固，使工件在切割時不會發(fā)生偏移。 驅(qū)動部分：用一臺三相異步電動機來為帶鋸提供動力，使鋸高速轉(zhuǎn)動。 執(zhí)行部分：用兩臺步進電機來分別控制金剛石帶鋸的橫縱走向，來實行根據(jù)不同要求來完成不同的走刀路線。 2.2 研究的重點和難點 1） 夾鋸現(xiàn)象的出現(xiàn) 2） 鋸切單晶硅表面缺陷 3） 切削液的循環(huán)與寶石粉末的回收 2.3 擬解決的關(guān)鍵問題 1) 所設(shè)計的藍寶石切割機使用帶鋸進行切割； 2) 保證帶鋸行進與路線切向一致； 3) 被切材料快速定心夾緊； 4) 切削液回收。 3 研究的方法及措施 3.1文獻歸納法 通過上網(wǎng)或在圖書館查閱各種相關(guān)文獻依據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)理論和實踐的需要，提出設(shè)計，利用科學(xué)儀器和設(shè)備，在自然條件下，通過有目的有步驟地操縱，根據(jù)觀察、記錄、測定與此相伴隨的現(xiàn)象的變化來確定條件與現(xiàn)象之間的因果關(guān)系。 3.2 實證分析法 找到國內(nèi)外各類藍寶石切割機，以實際案例為基礎(chǔ)，分析各類寶石切割機的優(yōu)缺點，歸納總結(jié)。 4 預(yù)期成果 1） 論文：10000字以上。 2） 藍寶石切割機的裝配圖。 5 研究工作進度計劃 （1）2013.11.04～2013.12.25 完成前期準備材料 （2）2013.12.26～2014.02.15 完成結(jié)構(gòu)設(shè)計 （3）2014.02.16～2014.03.16 完成切削液循環(huán) （4）2014.03.17～2014.05.21 完成總體設(shè)計 （5）2014.05.22～2014.06.01 完成設(shè)計說明書、準備答辯 參考文獻 [1] 吳?。凰{寶石CMP加工機理與工藝技術(shù)的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué).浙江.2012 [2] 張彬；藍寶石精密切割裝置控制系統(tǒng)設(shè)計[D]. 黑龍江大學(xué). 黑龍江 2012 [3] 蔡二輝,湯斌兵,周浪.??金剛石線鋸切割晶體硅模式研究[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報(工科版). 2011(02) [4] 黃波,高玉飛,葛培琪.??金剛石線鋸切割單晶硅表面缺陷與鋸絲磨損分析[J]. 金剛石與磨料磨具工程. 2011(01) [5] 金成毅; 熊瑞平.一種基于PLC控制的石材切割機的液壓系統(tǒng)[J].液壓與氣動.2012.4 [6] 李艷麗;趙東杰.關(guān)于金剛石環(huán)形帶鋸在硅晶圓棒切割中的技術(shù)要求及應(yīng)用問題的探討[J].2012 [7] 呂文利;王理正;劉嘉賓.藍寶石多線切割設(shè)備及切割技術(shù)[J].國電子科技集團公司第四十八研究所.2013.7 [8] 呂智;鄭超.固結(jié)金剛石線鋸技術(shù)[J].桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院.2012.6 [9] 鐘康民;竇云霞;李欣;王傳洋.基于熱致線膨脹與面積效應(yīng)行程放大的鉸桿增力自鎖夾緊裝置[J].蘇州大學(xué);機電工程學(xué)院2008.6 [10] 胡金成;陳霽恒;陳淳輝;孫從科.金屬切削液的環(huán)境行為分析與評價[J].軍蚌埠士官學(xué)校船體教研室.2008.12 [11] 郭瑞潔.熱能驅(qū)動夾具技術(shù)的研究與創(chuàng)新設(shè)計[D].蘇州大學(xué).2010.5 [12] 湯睿.數(shù)控多線研磨切片系統(tǒng)控制機理研究及應(yīng)用[D].湖南大學(xué).2011.5 [13] 朱榮錢;朱永升;于艾華;王振利.脹緊機構(gòu)在帶鋸切割中的應(yīng)用[J].河北理工大學(xué)智能儀器廠.唐山.2009.8 [14] X.Z. Xie;Z.Y.Pan;X.Wei;F.M.Huang;W.Hu and M.H.Hong.Hybrid Micromachining of Transparent Sapphire Substrate by Pulsed Green Laser Irradiation .2011.3 [15] Makoto Inoue;Kenta Yasuda;Tadashi Ito;Tetsu Sasahara;Masaru Yokota;Atsushi Nakahira .Fabrication of Sintered Diamond/Metal Composites and Evaluation of Grinding Performance for Sapphire [J].2012.5 5