超薄鈦酸鍶電瓷基片精密磨粒加工工藝研究.pdf

1、鈦酸鍶電子陶瓷由于獨有的高介電常數(shù)成為高性能電子元器件和微波電路基板的核心材料，隨著應用需求的發(fā)展，需要鈦酸鍶電子陶瓷基片尺寸達到2英寸，厚度小于0.15mm，并具有光滑平坦表面（TTV≤0.1μm和Ra≤0.01μm）。但是鈦酸鍶電子陶瓷是通過晶體材料或粉末燒結(jié)成形的，在燒結(jié)毛坯的過程中會產(chǎn)生20％的收縮率，具有“薄”、“軟”、“脆”、“翹”等特征，很難通過熱壓燒結(jié)達到上述使用的尺寸精度要求，因而必須進行表面超精密磨粒加工，其最終加工

2、精度、表面加工質(zhì)量和損傷層深度直接決定了微波電路和微波元器件的性能。本文針對鈦酸鍶材料的特性，對鈦酸鍶電子陶瓷基片（電瓷基片）在磨粒加工過程中的材料表面質(zhì)量、表面完整性、加工效率、材料亞表面損傷和材料表面與內(nèi)部缺陷等進行了系統(tǒng)性研究，建立了超薄軟脆電子陶瓷基片高效研拋磨粒加工技術理論，在“防破碎研磨”方式快速去除薄脆電子陶瓷基片的凹凸不平和翹曲的基礎上，針對保護性雙面加工難以解決超薄的問題，提出了利用單面真空吸附夾持平面研磨拋光技術，單

3、面交替研磨迅速減薄至0.15mm后再單面交替拋光達到粗糙度Ra0.01μm，獲得完整的高質(zhì)量的超光滑加工表面，從而實現(xiàn)超薄軟脆電子陶瓷基片的加工，具體內(nèi)容如下：
　　首先通過“防破碎研磨”方法對超薄、軟脆、大翹曲鈦酸鍶電瓷基片進行了雙面平坦化研磨減薄加工，詳細分析了基片的平坦化過程，統(tǒng)計了在不同保持架厚度下研磨壓力和研磨盤轉(zhuǎn)速對基片加工完整性的影響，采用有限元方法對保持架進行了受力仿真分析，得出了不同工藝階段的保持架能夠達到的最小

4、厚度均為0.185mm，達不到超薄加工的要求。之后研究了研磨壓力、研磨盤轉(zhuǎn)速和磨粒粒徑對減薄效果的影響，并對加工效率進行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在研磨盤轉(zhuǎn)速45r/min、研磨壓力4.922kPa、磨料粒徑W28、磨料種類氧化鋁（Al2O3）、鑄鐵研磨盤、研磨液濃度10.45wt%、研磨液流量20ml/min的條件下，可將鈦酸鍶電瓷基片的平坦化加工時間從150min縮短至20min。
　　然后通過真空吸附夾持方式對平坦化后的基片進行了單面研磨

5、減薄，系統(tǒng)分析了磨料種類、磨粒粒徑、研磨壓力、研磨盤轉(zhuǎn)速、研磨液濃度、研磨液流量、加工時間和研磨盤種類等工藝參數(shù)對加工表面粗糙度、材料去除率和表面形貌的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)速為45r/min，拋光液流量為20ml/min，拋光液濃度為6wt%，壓力為4.298kPa的條件下，依次采用W28、W14和W7的氧化鋁在鑄鐵盤上對鈦酸鍶電瓷基片進行粗研磨、半粗研磨和半精研磨加工，采用磨粒粒徑為W3.5的氧化鋁在銅盤上進行精研磨加工，可以將鈦

6、酸鍶電瓷基片的表面粗糙度從原始的Ra0.945μm降低到 Ra0.102μm，在8min內(nèi)將厚度為0.185mm的基片減薄到了0.15mm，成功解決了超薄的問題。
　　再次通過對單面研磨減薄完成后的基片進行單面拋光，分析了拋光墊種類、拋光時間、拋光壓力、磨料種類、磨料粒徑、拋光液濃度、拋光液流量和拋光盤轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)對加工表面粗糙度、材料去除率和表面形貌的影響規(guī)律。結(jié)果表明，采用褐色聚氨酯拋光墊、轉(zhuǎn)速為45r/min、拋光液流量為

7、20ml/min、拋光液濃度為4wt%、壓力為15.043kPa的條件下拋光30min后可以得到整體表面粗糙度為Ra0.01μm局部表面粗糙度達到Ra4nm的超光滑表面。
　　最后通過對拋光完成后的基片進行晶體結(jié)構(gòu)分析，從微觀角度研究了鈦酸鍶電瓷基片缺陷生成的機理，并采用白光干涉儀和紅外熱成像無損檢測技術對拋光完成后所獲得的超光滑基片進行表面缺陷和內(nèi)部缺陷檢測，證明加工后所觀測到的缺陷絕大部分來自鈦酸鍶基片原有缺陷，這些缺陷在加工