高端塑料模具鋼S136表面CMP精細(xì)加工工藝研究.pdf

1、模具型腔表面粗糙度不僅影響成型器件美觀，且對(duì)產(chǎn)品性能有很大影響。隨著高端塑料模具鋼對(duì)表面質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)苛，當(dāng)前拋光技術(shù)局限性越來(lái)越大已難以滿(mǎn)足其要求。探索一種新拋光技術(shù)使高端塑料模具鋼在獲得超光滑表面的同時(shí)獲得全局平坦化很迫切并具有重大現(xiàn)實(shí)意義?；瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)作為當(dāng)前能獲得全局平坦化技術(shù)，在超大規(guī)模集成電路中廣泛應(yīng)用且拋光材料能獲得理想拋光性能。本文以應(yīng)用最廣泛的高端塑料模具鋼S136鋼為例，來(lái)探討采用CMP技術(shù)使其獲得優(yōu)良拋

2、光性能的工藝參數(shù)組合并分析其材料去除機(jī)制和化學(xué)拋光機(jī)理。
　　本文采用X射線(xiàn)衍射，掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡等檢測(cè)手段來(lái)表征拋光性能，以均方根粗糙度(RMS)和材料去除速率(MRR)評(píng)價(jià)拋光性能。文中研究了影響CMP性能最重要的參數(shù)，包括拋光液酸堿性、下壓力、拋光機(jī)轉(zhuǎn)速、磨料粒子種類(lèi)。首先以單因素變量法來(lái)確定上述參數(shù)的大致分布水平。結(jié)果表明，壓力與轉(zhuǎn)速對(duì)S136鋼拋光性能的影響呈現(xiàn)相似規(guī)律，隨著壓力轉(zhuǎn)速的增大，MRR均增大，在參

3、數(shù)值較小范圍內(nèi)，MRR對(duì)壓力和轉(zhuǎn)速的關(guān)系都可用改進(jìn)的Preston方程來(lái)表達(dá)且由此方程預(yù)測(cè)的數(shù)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)定值的誤差在2％以?xún)?nèi)，當(dāng)壓力轉(zhuǎn)速值進(jìn)一步增大時(shí)，Preston方程失效;拋光液酸堿性對(duì)拋光性能有巨大影響，在酸性?huà)伖庖后w系中，S136鋼能獲得更好的拋光性能;針對(duì)不同的磨料種類(lèi)，最大的MRR和最小的RMS不能在同一個(gè)磨料中獲得，經(jīng)過(guò)綜合考慮，選取SiO2作為最佳磨粒。
　　確定了各參數(shù)的大致分布水平后，采用正交實(shí)驗(yàn)法提出最佳拋光

4、工藝參數(shù)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分別以MRR和RMS為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)XRD分析、SEM分析、AFM分析進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。結(jié)果表明，原始S136鋼RMS值為68.31nm，經(jīng)最佳工藝參數(shù)拋光后，其RMS值為2.87nm, MRR值為173.26nm/min，與其他參數(shù)組合相比較，最佳工藝參數(shù)在獲得最小表面粗糙度同時(shí)獲得了最大的材料去除速率，這證實(shí)了以上正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得出數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。由指標(biāo)關(guān)系圖分析了各因素對(duì)拋光性能的影響程度大小。