固结磨料研磨石英晶片材料去除率建模与试验研究

贾玙璠; 朱祥龙; 杨垒; 康仁科; 董志刚

doi:10.37188/OPE.20233116.2362

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固结磨料研磨石英晶片材料去除率建模与试验研究

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2023-08-25

- 固结磨料研磨石英晶片材料去除率建模与试验研究
- Modeling and experimental study on material removal rate of quartz wafer by fixed abrasive lapping
- 光学精密工程 2023年31卷第16期页码：2362-2371
- 作者机构：
  
  大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室，辽宁大连 116024
- 作者简介：
  
  [ "贾玙璠（1999-），女，河北石家庄人，硕士研究生，2020年大连理工大学获得学士学位，现为大连理工大学硕士研究生，主要从事晶体材料研磨抛光加工领域。E-mail： jyffla@163.com" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(U22A20198)
- DOI：10.37188/OPE.20233116.2362
  中图分类号： TH161+.1;TG73
- 收稿日期：2023-03-08，
  
  修回日期：2023-04-08，
  
  纸质出版日期：2023-08-25
- 稿件说明：
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贾玙璠,朱祥龙,杨垒等.固结磨料研磨石英晶片材料去除率建模与试验研究[J].光学精密工程,2023,31(16):2362-2371.

JIA Yufan,ZHU Xianglong,YANG Lei,et al.Modeling and experimental study on material removal rate of quartz wafer by fixed abrasive lapping[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(16):2362-2371.
贾玙璠,朱祥龙,杨垒等.固结磨料研磨石英晶片材料去除率建模与试验研究[J].光学精密工程,2023,31(16):2362-2371. DOI： 10.37188/OPE.20233116.2362.

JIA Yufan,ZHU Xianglong,YANG Lei,et al.Modeling and experimental study on material removal rate of quartz wafer by fixed abrasive lapping[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(16):2362-2371. DOI： 10.37188/OPE.20233116.2362.

摘要

针对固结磨料研磨石英晶片材料去除率难以预测的问题，提出一种基于接触力学和广义回归神经网络（GRNN）的石英晶片材料去除率模型。首先根据脆/塑材料去除机理、磨粒块与晶片微观接触简化形式，采用微积分、力平衡原理等方法，建立了理想情况下的材料去除率模型。然后采用微单元法，进行了三因素四水平正交试验，并通过GRNN分析研磨液流量、研磨液浓度、研磨盘转速与材料去除率修正系数的映射关系，进一步完善了材料去除率模型。最后为验证材料去除率模型，设定研磨盘转速为20 r/min，研磨液浓度为5

.%，研磨液流量为36 ml/min，仿真并测量不同研磨压强以及相对速度下，晶片材料去除率预测值与实际值。结果表明：研磨压强和相对速度的增加使晶片材料去除加快，材料去除率模型预测值与实际值变化趋势相同，模型误差为8.57%。材料去除率模型基本满足固结磨料研磨工艺中石英晶片材料去除率预测需求。

Abstract

The material removal rate of a quartz wafer by fixed abrasive lapping is difficult to predict； therefore， a model of the material removal rate based on contact mechanics and a generalized regression neural network （GRNN） is proposed. First， according to the ductile–brittle material removal mechanism and the simplified form of micro-contact between the abrasive block and wafer， an ideal material removal rate model was established by using calculus and the force balance principle. Then， a three-factor four-level orthogonal test was performed using the microelement method. The mapping relationship of the lapping fluid flow， lapping fluid concentration， lapping disk speed， and material removal rate correction coefficient was analyzed using the GRNN. The material removal rate model was further improved. Finally， to validate the material removal rate model， a lapping experiment was conducted. The lapping disk speed was set to 20 r/min， lapping fluid concentration to 5 wt.%， and lapping fluid flow rate to 36 ml/min. The predicted and actual values of the wafer material removal rate were simulated and measured under different lapping pressures and relative velocities. It was found that the increase in lapping pressure and relative velocity accelerates the removal of the wafer material. The predicted value of the material removal rate model exhibited the same trend as the actual value， and the error of model was 8.57%. The material removal rate model meets the demand for predicting the material removal rate of quartz wafers in fixed abrasive lapping.

关键词

Keywords

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