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，且對產(chǎn)品性能有很大影響。隨著高端塑料模具鋼對表面質(zhì)量要求越來越嚴(yán)苛，當(dāng)前拋光技術(shù)局限性越來越大已難以滿足其要求。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獲得全局平坦化很迫切并具有重大現(xiàn)實意義?；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射線衍射，掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡等檢測手段來表征拋光性能，以均方根粗糙度(RMS)和材料去除速率(MRR)評價拋光性能。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。首先以單因素變量法來確定上述參數(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對壓力和轉(zhuǎn)速的關(guān)系都可用改進(jìn)的Preston方程來表達(dá)且由此方程預(yù)測的數(shù)值與實驗測定值的誤差在2％以內(nèi)，當(dāng)壓力轉(zhuǎn)速值進(jìn)一步增大時，Preston方程失效;拋光液酸堿性對拋光性能有巨大影響，在酸性拋光液體系中，S136鋼能獲得更好的拋光性能;針對不同的磨料種類，最大的MRR和最小的RMS不能在同一個磨料中獲得，經(jīng)過綜合考慮，選取SiO2作為最佳磨粒。
　　確定了各參數(shù)的大致分布水平后，采用正交實驗法提出最佳拋光

4、工藝參數(shù)，并進(jìn)行實驗驗證。分別以MRR和RMS為評價指標(biāo)，通過XRD分析、SEM分析、AFM分析進(jìn)行結(jié)果驗證。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獲得了最大的材料去除速率，這證實了以上正交實驗結(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拋光性能的影響程度大小。