PAGEPAGE1畢業設計（論文）開題報告浙江工業大學之江學院畢業設計（論文）開題報告PAGE51選題的背景和意義單晶藍寶石具有良好的物理、化學和光學特性，在微電子、工業、國防、科研以及GaN晶片LED襯底領域得到越來越廣泛的作用。隨著科學技術的不斷發展，對于藍寶石晶片的加工精度以及表面質量要求越來越高，因此藍寶石的高效低損加工工藝成為阻礙藍寶石工業發展的主要障礙?，F今隨著機電一體化的發展，機械手也被廣泛的利用各種機械當中，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，藍寶石切割機的優點是結構簡單，生產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計發展歷史、研究現狀以及發展趨勢1.1選題的背景藍寶石以其良好的物理、化學和光學特性，在微電子、工業、國防、科研以及GaN晶片LED襯底領域得到越來越廣泛的作用。隨著科學技術的不斷發展，對于藍寶石晶片的加工精度以及表面質量要求越來越高，因此藍寶石的高效低損加工工藝成為阻礙藍寶石工業發展的主要障礙。1.2國內外研究現狀及發展趨勢1.2.1國外研究現狀80年代初期，國際商業機器公司(IBM)首先提出的化學機械拋光引入集成電路進行平坦化的制程工作。主要是通過適當的制程參數設計，利用一個拋光平臺，配合適當的化學溶液，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拋光藍寶石，發現藍寶石界面與不銹鋼形成了結構松軟的固相化學反應層，藍寶石表面具有鏡面光澤，而且沒有發現亞表面損傷的現象，并提出了機械化學拋光的概念。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，他們認為是由于單純的化學反應SiO2才能移除藍寶石表面的原子，而來自拋光過程摩擦產生的熱是化學反應能夠進行的驅動力，并提出化學反應式為：反應后生成物為高嶺土，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，拋光結果均方根粗糙度值可達到0.2~0.3nm。B.Hader和o.weis依據Prochnow和Edwards等人證實的直接接觸的想法的基礎上，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體及光電子技術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能產業化生產3英寸的單晶藍寶石，并且正在研發4英寸的技術。1.2.2國內研究現狀隨著第三代半導體材料的GaN的推出，藍寶石作為LED最重要的襯底材料之一，國內需求量處于日益增長。藍寶石切割技術作為襯底材料加工的重要工序之一，目前在國內存在很多不足。如切割精度不足，生產效率低下，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，北京市光電子技術實驗室李冰、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速和研磨壓力的關系，通過比較實驗最終表面粗糙度可達到Ra60.25nm。浙江工業大學袁巨龍等人，研究討論了藍寶石化學機械拋光過程中的必備條件，并提出了相應的拋光機理。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，也能發生固相化學反應，生成10數量級厚度的化學反應層，且反應生成物與材料自身的結合力很低，在拋光過程中極易用磨粒的機械作用移除。河北工業大學王娟等人對藍寶石晶片化學機械拋光液進行了研制并對藍寶石襯底片進行了化學機械拋光加工，確定了適宜藍寶石化學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明了一種新的藍寶石加工方法，叫固相反應濕式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，在接觸點發生固相化學反應，生成結晶層；磨料通過機械接觸把結晶層去除。通過實驗結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，降低了生產成本。從上面國內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用也很重要。[1]2研究的基本內容對藍寶石切割機的執行系統進行設計，對裝備圖進行設計；對切割機夾具快速定心進行設計；對切削液循環系統進行設計。2.1基本框架藍寶石切割機總共分為4部分：夾緊機構，驅動機構，執行機構，循環系統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，通過控制系統來控制帶鋸的走到路徑，不停地用切削液對切割區域進行沖刷，將切割時產生的寶石粉末沖掉，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生偏移。驅動部分：用一臺三相異步電動機來為帶鋸提供動力，使鋸高速轉動。執行部分：用兩臺步進電機來分別控制金剛石帶鋸的橫縱走向，來實行根據不同要求來完成不同的走刀路線。2.2研究的重點和難點夾鋸現象的出現鋸切單晶硅表面缺陷切削液的循環與寶石粉末的回收2.3擬解決的關鍵問題所設計的藍寶石切割機使用帶鋸進行切割；保證帶鋸行進與路線切向一致；被切材料快速定心夾緊；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或在圖書館查閱各種相關文獻依據現有的科學理論和實踐的需要，提出設計，利用科學儀器和設備，在自然條件下，通過有目的有步驟地操縱，根據觀察、記錄、測定與此相伴隨的現象的變化來確定條件與現象之間的因果關系。3.2實證分析法找到國內外各類藍寶石切割機，以實際案例為基礎，分析各類寶石切割機的優缺點，歸納總結。4預期成果論文：10000字以上。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完成結構設計（3）2014.02.16～2014.03.16完成切削液循環 （4）2014.03.17～2014.05.21完成總體設計（5）2014.05.22～2014.06.01完成設計說明書、準備答辯參考文獻吳?。凰{寶石CMP加工機理與工藝技術的研究[D].浙江工業大學.浙江.2012張彬；藍寶石精密切割裝置控制系統設計[D].黑龍江大學.黑龍江2012蔡二輝,湯斌兵,周浪.

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