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超精密抛光工艺:现代电子工业的灵魂

作者: 发布时间:2019-09-12 浏览次数:545
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  “在茫茫宇宙中,一个类金属合金宇宙探测器以超光速掠过,它由被强互作用力锁死的质子与中子构成,因表面绝对光滑而可以反射一切电磁波,并且无坚不摧……”这是刘慈欣在科幻小说《三体》中提到的一种名叫“水滴”的宇宙飞行器。

  事实上,人类对“绝对光滑”的追求也已经从科学幻想转变为实践,比如推动“集成电路变身***”的超精密抛光技术。像《三体》中描述的一样,当前***为先进的化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)技术也已进入原子尺寸级。

  研磨与抛光的区别

  研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒,通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。研磨可用于加工各种金属和非金属材料,加工的表面形状有平面,内、外圆柱面和圆锥面,凸、凹球面,螺纹,齿面及其他型面。加工精度可达IT5~IT1,表面粗糙度可达Ra0.63~0.01微米。

  抛光是利用机械、化学或电化学的作用,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工方法。

  两者的主要区别在于:抛光达到的表面光洁度要比研磨更高,并且可以采用化学或者电化学的方法,而研磨基本只采用机械的方法,所使用的磨料粒度要比抛光用的更粗,即粒度大。

  现代电子工业,超精密抛光是灵魂

  物理抛光是上世纪80年代之前***为常用的抛光技术,但是电子工业的高速发展对材料器件的尺寸、平整度提出越来越严苛的要求。当一块毫米厚度的基片需要被制成几十万层的集成电路时,传统老旧的抛光工艺已经远远不能达到要求。

  今天的光电子信息产业水平,对作为光电子基片材料的蓝宝石、单晶硅、金刚石等材料的平行度要求越来越精密,已经达到了纳米级。这就意味着,抛光工艺也已随之进入纳米级的超精密程度。超精密抛光工艺在现代制造业中有多重要,其应用的领域能够直接说明问题:集成电路制造、医疗器械、汽车配件、数码配件、精密模具、航空航天。

  抛光机的核心器件是“磨盘”。超精密抛光对抛光机中磨盘的材料构成和技术要求近乎苛刻,这种由特殊材料合成的钢盘,不仅要满足自动化操作的纳米级精密度,更要具备精确的热膨胀系数。目前,***的抛光工艺只有美日等少数国家掌握。

  抛光工艺需要满足目前电子工业制造的要求,可以概括为超精密、大尺寸。有了***的抛光材料仅仅是基础,以此为基础,我国还需要分两步走,首先解决磨盘问题,其次解决抛光面积扩大问题。

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