單晶硅片低溫固結(jié)磨料拋光的溫度場研究.pdf

1、化學(xué)機械拋光廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料、光學(xué)玻璃等材料的精密拋光。在低溫冰凍磨具化學(xué)機械拋光中，冰凍磨具的冰體溫度、融化速度對加工試樣的表面性能及材料去除率方面有直接的影響。開展拋光過程中溫度場的研究具有十分重要的意義。
　　 分析了低溫冰凍磨具拋光硅片的傳熱模型，借助有限元軟件ANSYS對熱傳導(dǎo)過程進(jìn)行了仿真，分析研究了低溫冰凍磨具在拋光過程中的三維瞬態(tài)溫度場。建立的有限元模型考慮了強制對流換熱和輻射換熱，將摩擦生熱簡化成在工件及磨

2、具上加載熱流密度，采用接觸傳熱的方法實現(xiàn)了試件及磨具吸收熱量的二次分配。采用多邊形運動的方式模擬工件的偏心轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)換單元屬性的方式解決冰凍磨具的相變問題。在有限元分析中，獲得了冰凍磨具在不同拋光時刻的溫度場等溫圖、溫度時間變化情況及工作區(qū)域的融化厚度隨時間變化情況。
　　 采用實驗方法研究了低溫冰凍磨具溫度、融化厚度隨時間變化的特點，分析了冰體初始溫度、拋光時間對磨具溫度及融化速度的影響。對比了相同條件下實驗與有限元分析結(jié)果，驗

3、證了有限元分析模型的有效性。
　　 采用此參數(shù)化有限元模型，固定了拋光的環(huán)境溫度T2=10℃及低溫磨具初始溫度T1=-10℃，分析了拋光時間對溫度場的影響，并且分析了拋光參數(shù)（偏心距、拋光壓力和主軸轉(zhuǎn)速）對冰凍磨具三維瞬態(tài)溫度場的影響。結(jié)果表明：拋光壓力、偏心距對磨具的融化速度影響顯著。隨著拋光時間的延長，磨具的溫升速度變緩，同時磨具的融化速度加快。分析確定了合理的拋光工藝參數(shù)（偏心距 ＝20 mm、拋光壓力P=0.075 MP