开题报告-蓝宝石切割机设计

毕业设计（论文）开题报告选题的背景和意义1单晶蓝宝石具有良好的物理、化学和光学特性，在微电子、工业、国防、科研以及晶片衬底领域得到越来越广泛的作用随着科学技术的不断发展，对于蓝宝GaN LED石晶片的加工精度以及表面质量要求越来越高，因此蓝宝石的高效低损加工工艺成为阻碍蓝宝石工业发展的主要障碍现今随着机电一体化的发展，机械手也被广泛的利用各种机械当中，自动切割渐渐取代了手工切割，蓝宝石切割机能自动将放入的工件切割成所要求的形状，这样可以大大提高切割效率，减轻人力负担，蓝宝石切割机的优点是结构简单，生产效率较手动切割机高本文简要的概述了蓝宝石切割机的设计发展历史、研究现状以及发展趋势选题的背景

1.1蓝宝石以其良好的物理、化学和光学特性，在微电子、工业、国防、科研以及GaN晶片衬底领域得到越来越广泛的作用随着科学技术的不断发展，对于蓝宝石晶LED片的加工精度以及表面质量要求越来越高，因此蓝宝石的高效低损加工工艺成为阻碍蓝宝石工业发展的主要障碍国内外研究现状及发展趋势

1.2国外研究现状

1.

2.1年代初期，国际商业机器公司首先提出的化学机械抛光引入集成电路进行80IBM平坦化的制程工作主要是通过适当的制程参数设计，利用一个抛光平台，配合适当的化学溶液，将晶片表面高低起伏不一的轮廓加以磨平安永畅男使用不锈钢环抛光蓝宝石，发现蓝宝石界面与不锈钢形成了结构松软的固相化学反应层，蓝宝石表面具有镜面光泽，而且没有发现亚表面损伤的现象，并提出了机械化学抛光的概念和Namba Tsuwa等人在进行蓝宝石超抛光的实验中，利用二氧化硅水溶液搭配上锡盘当研磨盘，首次观察到蓝宝石的残余表面粗糙度为对于使用当磨粒而言，因为其硬度比蓝宝石Inm,SiO2的要低，理论上并不具有去除蓝宝石表面的能力，但是实验结果却说明抛光液具SiO2有去除蓝宝石表面材料的能力，利用此套仪器设备对蓝宝石进行抛光可获得比较好的表面粗糙度并认为在超抛光中，抛光液中直径的胶羽状通过撞击移除了蓝宝石7nm SiO表面原子，并提出了一种新的抛光方法,浮法抛光法和等人在其研究Gutsehe Moody成果上提出假设，他们认为是由于单纯的化学反应才能移除蓝宝石表面的原子，SiO2而来自抛光过程摩擦产生的热是化学反应能够进行的驱动力，并提出化学反应式为+27-/O=AIDSJQ HQ反应后生成物为高岭土，并可利用抛光液的流动特性将高岭土移除和等人使用直接接触法搭配上沥青抛光盘对蓝宝石进行超抛光，Prochnow Edwards抛光结果均方根粗糙度值可达到和依据和

0.2~

0.3nm B.Hader o.weis ProchnowEdwardso等人证实的直接接触的想法的基础上，提出了“热液磨耗”的理论模型最近几年，国际上一些知名的半导体及光电子技术公司纷纷投入了大量的资金去研究蓝宝石抛光，并取得了一定的成果，如美国、日本、德国以及俄罗斯等公司己经能产业化生产英寸3的单晶蓝宝石，并且正在研发英寸的技术4国内研究现状

1.

2.2随着第三代半导体材料的的推出，蓝宝石作为最重要的衬底材料之一,国GaN LED内需求量处于日益增长蓝宝石切割技术作为衬底材料加工的重要工序之一，目前在国内存在很多不足如切割精度不足，生产效率低下，切割表面损伤较大等等⑵相比与国外，我国的起步比较晚，世纪年代才正式开始对蓝宝石进行研究开2080发，北京市光电子技术实验室李冰、郭霞等人研究了利用碳化硼作为磨料对蓝宝石基片外延片减薄加工过程中，比较了在不同的氮化硼磨料粒度对蓝宝石去除速率和表面粗糙度的影响，以及去除速率和表面粗糙度与研磨盘转速和研磨压力的关系，通过比较实验最终表面粗糙度可达到浙江工业大学袁巨龙等人，研究讨论了蓝宝石化Ra

60.25nm学机械抛光过程中的必备条件，并提出了相应的抛光机理文章认为蓝宝石加工过程中，即使蓝宝石与磨料在高速接触过的界面接触点的时间非常短，也能发生固相化学反应，生成数量级厚度的化学反应层，且反应生成物与材料自身的结合力很低，在抛10光过程中极易用磨粒的机械作用移除河北工业大学王娟等人对蓝宝石晶片化学机械抛光液进行了研制并对蓝宝石衬底片进行了化学机械抛光加工，确定了适宜蓝宝石化学机械抛光加工的条件值在和之间，并得出采用大粒径、高浓度的T=30C,pH913SiO2抛光液并且在抛光液中应加入适量添加剂，可以获得较高的材料去除率和较好的表面粗糙度深圳奥普光电子有限公司发明了一种新的蓝宝石加工方法，叫固相反应湿式CMP加工方法该加工方法选取比蓝宝石硬度低的氧化物微粉作为磨料；在抛光中，氧化物磨料与蓝宝石接触，在接触点发生固相化学反应，生成结晶层；磨料通过机械接触把结晶层去除通过实验结果表明用该抛光加工方法获得的蓝宝石表面基本没有任何损伤，获得了比较理想的加工表面，提高了抛光加工效率，降低了生产成本从上面国内外对蓝宝石的几种加工方法可以看出，对蓝宝石晶体的加工条件都比较特殊，虽然加工后得到的晶体表面精度能够达到使用的要求，但同时晶体表面也存在一定的缺陷，影响晶体的应用，因此开展对蓝宝石CMP加工的研究，探索蓝宝石晶体的加工方法对其未来的应用也很重要

[1]研究的基本内容2）对蓝宝石切割机的执行系统进行设计，对装备图进行设计；1）对切割机夹具快速定心进行设计；2）对切削液循环系统进行设计3基本框架

2.1蓝宝石切割机总共分为4部分夹紧机构，驱动机构，执行机构，循环系统将蓝宝石工件放置在工作台上，利用夹具将其夹紧，用带锯进行切割，通过控制系统来控制带锯的走到路径，不停地用切削液对切割区域进行冲刷，将切割时产生的宝石粉末冲掉，从工作台的孔中流入沉淀池，对含有宝石粉末的切削液进行沉淀，从而使切削液循环使用，也可以对宝石粉末进行回收利用夹紧部分利用夹具对工件进行紧固，使工件在切割时不会发生偏移驱动部分用一台三相异步电动机来为带锯提供动力，使锯高速转动执行部分用两台步进电机来分别控制金刚石带锯的横纵走向，来实行根据不同要求来完成不同的走刀路线研究的重点和难点

2.21）夹锯现象的出现2）锯切单晶硅表面缺陷3）切削液的循环与宝石粉末的回收）拟解决的关键问题43）所设计的蓝宝石切割机使用带锯进行切割；1）保证带锯行进与路线切向一致；2完成前期准备材料）被切材料快速定心夹紧；3）切削液回收4完成结构设计完成切削液循环研究的方法及措施3完成总体设计完成设计说明书、准备答辩文献归纳法

3.1通过上网或在图书馆查阅各种相关文献依据现有的科学理论和实践的需要，提出设计，利用科学仪器和设备，在自然条件下，通过有目的有步骤地操纵，根据观察、记录、测定与此相伴随的现象的变化来确定条件与现象之间的因果关系实证分析法

3.2找到国内外各类蓝宝石切割机，以实际案例为基础，分析各类宝石切割机的优缺点，归纳总结预期成果4论文字以上110000蓝宝石切割机的装配图2研究工作进度计划

512013.

11.04—

2013.

12.

2522013.

12.26—

2014.

02.

1532014.

02.16—

2014.

03.

1642014.

03.17〜

2014.

05.

2152014.

05.22—

2014.

06.01参考文献吴健；蓝宝石加工机理与工艺技术的研究浙江工业大学.浙江

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