固结磨料研磨抛光垫基体的砂浆磨损特性研究

摘要

在化学机械研磨抛光（CMP）行业，固结磨料研磨抛光垫（FAP）由于诸多优势成为该领域的研究热点，为了不断提高加工效率，改善加工效果，人们开展了关于FAP性能评价的研究。本文利用砂浆磨损实验模拟真实加工环境下FAP树脂基体受废屑冲蚀磨损的情形，提出砂浆磨损率评价指标表征树脂基体的砂浆磨损特性。主要完成的工作有：
　　1、开展了砂浆磨损实验可行性分析。设计了砂浆磨损实验装置，提出砂浆磨损率评价指标并解释了其含义及计算公式。采用格拉布斯判定法则对数据结果进行修正，利用重复性实验验证结果的稳定性：同组别实验不同样片之间重复性误差小于5％，而不同组别实验之间的相对误差为4.7%。
　　2、基于FLUENT对砂浆流场进行了仿真。考察了磨粒种类、粒径、浓度及搅拌转速4方面因素对于测试样片区域处流场的影响。结果显示：磨粒的运动速度随着磨粒粒径、磨粒密度以及砂浆浓度的增大而减小，随着搅拌转速的增加而增大；磨粒粒径越小，磨粒密度越低，砂浆浓度越小，搅拌速度越大，浓度分布越均匀。
　　3、研究了实验条件对砂浆磨损特性的影响。通过正交实验考察了不同因素水平下样片的砂浆磨损率，结果显示：砂浆磨损率随着搅拌转速、砂浆浓度以及砂浆温度的提高而提高，随着磨粒密度和粒径的增加而呈现出非线性的变化。搅拌转速、磨粒的种类对于结果影响的显著性最强，磨粒粒径、砂浆浓度对于结果影响的显著性次之，而砂浆温度及溶液的PH值影响的显著性最小。
　　4、研究树脂性能对于砂浆磨损特性的影响。考察了不同摆式硬度、溶胀率以及加入不同添加料树脂基体的砂浆磨损特性，结果显示砂浆磨损率随着摆式硬度的增加而下降，随着溶胀率的增加而增加，而添加青铜粉、SiC可以增强树脂基体的耐冲蚀磨损性能，降低砂浆磨损率，这种增强效果随着添加比例的增加而增加，同时青铜粉的增强效果要优于SiC。
　　5、探索了树脂基体砂浆磨损特性与自修整性的关系。向研磨液中添加不同比例的三乙醇胺，考察相应条件下含铜粉亲水性固结磨料研磨垫的材料去除率，通过去除率的变化探索研磨垫的自修整过程，结合砂浆磨损实验，研究了树脂砂浆磨损率与研磨垫自修整性能之间的关系。结果表明：树脂基体砂浆磨损率越高，材料去除率幅值越高，同时材料去除率越稳定，自修整性能也越好。