CMP润滑方程的Chebyshev加速超松弛法求解

化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)是一项融合了化学分解和机械力学的工艺技术,其中包含了流体动力润滑的作用.文中通过分析流场效应,建立了Sum在化学机械抛光实验基础上获得的润滑(Reynolds)方程,利用Chebyshev加速超松弛技术对润滑方程进行求解,得到了新的抛光液压力分布模型,给出了一些新的载荷及转矩在不同参数下的变化情况.     

纺织钢领的化学机械抛光试验

探讨了化学机械抛光(CMP)技术在细纱机的钢领后续加工中的应用.通过采用CMP与传统磨料流抛光技术的对比试验, 表明应用CMP技术后提高了钢领的加工效率和工作表面质量,证明CMP应用于钢领抛光是完全可行的.同时,对CMP抛光钢领的机理及影响因素进行了分析.试验表明,采用CMP技术抛光钢领时,钢领的表面在抛光液的作用下形成了软质层,由于该软质层的形成, 提高了抛光效率,也改善了钢领的表面质量.     

化学机械抛光中抛光垫作用分析

化学机械抛光（chemical mechanical polishing／planarization,CMP）能够提供高级别的整体平面度和局部平面度而成为集成电路（integrated circuit,IC）中起重要作用的一门技术．抛光垫是CMP性能的主要影响因素．这里建立了一个初步的二维流动模型以考虑抛光垫的弹性、孔隙参数、粗糙度以及晶片形状等因素对抛光液流动性能的影响,并通过数值模拟得出了它们对压力分布和膜厚等的作用．结果表明：由于抛光垫的变形和多孔性,承载能力将有所下降,膜厚增大,从而有利于抛光液中粒子和磨屑的带出．晶片表面曲率的变化对压力和膜厚的作用也很明显,全膜条件粗糙度的存在将引起流体压力的波动．研究为设计CMP中合适的抛光垫参数提供了初步的理论依据．     

单晶硅片化学机械抛光材料去除特性

根据化学机械抛光(CMP)过程中硅片表面材料的磨损行为,建立了硅片CMP时的材料去除率模型,设计了不同成分的抛光液并进行了材料去除率实验,得出了机械、化学及其交互作用所引起的材料去除率.结果表明,磨粒的机械作用是化学机械抛光中的主要机械作用,磨粒的机械作用与抛光液的化学作用交互引起的材料去除率是主要的材料去除率.     

微极性流体润滑的挤压膜轴承特性研究

对微极性流体润滑的纯挤压膜径向轴承的特性进行了研究. 求解了基于微极性流体理论的雷诺方程和轴心非线性运动方程,将微极性流体特征尺度和耦合数作为微极性效应的主要标志性参数,全面考察了牛顿流体和微极性流体对挤压膜轴承轴心运动规律和润滑性能所产生的影响. 结果表明:微极性流体降低了轴心运动的位移、速度和加速度,使得挤压膜轴承运行更加平稳; 同时减小了最大油膜压力,增大了油膜厚度,因而提高了挤压膜轴承的承载能力.     

氧化铝复合磨粒对硬盘NiP/Al基板CMP的研究

在Al2O3表面改性的基础上,制备了以氧化铝、水、双氧水、氢氧化钠溶液为主要成分的抛光液,研究了计算机NiP/Al硬盘盘基片的化学机械抛光(chemical mechanical polishing,简称CMP)特性.通过螺旋测微仪测量了NiP/Al硬盘盘基片表面在不同抛光压力、抛光盘转速、时间、pH值下的材料去除率,利用原子力显微镜AFM表征了抛光后的硬盘盘基片表面粗糙度及形貌,并分析研究了Al2O3抛光液的CMP机理.最终得到最佳抛光工艺参数:抛光盘速率为30r/min、抛光压力2.1kPa、抛光时间为60min、抛光液pH值为9,此时表面粗糙度Ra为4.67nm.     

山地风加速效应的计算模型

以往对山地风加速效应的研究及发达国家最新规范中关于山地风加速效应的计算模型往往采用指数律模型,并且只考虑了较缓的山坡,各模型中系数取值差异较大.针对这一问题,文中基于计算流体力学软件Fluent 6.2平台,利用数值模拟方法对不同坡度、高度和地貌情况下的山地风加速效应进行计算,分析了山体坡度、山体高度及地貌对山地风加速效应的影响,根据数值模拟结果提出了山地平均风加速效应的对数律计算模型,拟合了模型中各参数的取值,把适用范围扩大到了较陡的山坡,并将文中模型计算结果与现有模型及规范计算结果进行比较,结果表明,对数律计算模型比指数律计算模型能更精确地描述山地近地风的加速效应.     

哑铃形氧化硅磨粒的制备及其化学机械抛光性能

通过阴离子诱导辅助生长法制备哑铃形氧化硅磨粒,并对哑铃形氧化硅磨粒进行表征,研究该磨粒对氧化锆陶瓷化学机械抛光(chemical mechanical polishing, CMP)性能的影响.实验结果表明:哑铃形氧化硅磨粒稳定性好、分散性好,具有优异的化学机械抛光性能.与球形氧化硅磨粒相比,用哑铃形氧化硅磨粒对氧化锆陶瓷抛光时,材料去除率提高39%,抛光后陶瓷表面平整光滑,表面粗糙度为1.960 nm.这是因为哑铃形氧化硅磨粒抛光液润湿性好,可以与氧化锆陶瓷表面充分接触,有利于固相化学反应的发生.此外,哑铃形氧化硅磨粒的摩擦系数更大,这使得机械效应显著增强.     

微气体螺旋槽推力轴承-转子系统非线性动力学分析

基于分子气体膜润滑模型探讨微气体螺旋槽推力轴承中的稀薄效应,将广义雷诺方程与运动学方程在时域内耦合并采用直接数值模拟方法联立求解,获得了任意时刻微转子的瞬态位移和速度响应,考察了气体稀薄效应以及不同螺旋槽结构参数对微气体螺旋槽推力轴承-转子系统非线性动力学行为的影响,并得到不同转速对应的轴向扰动临界值.结果表明:考虑稀薄效应时微轴承-转子系统显示出更好的稳定性;转速增加,轴向扰动临界值降低;能提高微轴承承载力的最佳螺旋槽结构参数,并不利于提高微系统的稳定性.     

摩擦化学反应活化能对CMP的影响

根据质量作用定律,测定了铜膜在静态腐蚀和化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,CMP）两种反应条件下的化学反应速率常数;通过Arrhenius方程,测定了铜膜在两种反应条件下的化学反应活化能.结果表明：当抛光液温度为298.15 K,工作压力为13 780 Pa时,静态腐蚀条件下体系化学反应速率常数是114.80 s^-1,而CMP条件下体系的化学反应速率常数是412.11 s^-1,同时,CMP条件下的反应活化能为4 849.80 J,静态腐蚀条件下的反应活化能为31 870.30 J,由此得出,反应活化能的降低是CMP过程中的机械摩擦作用所致.因此,根据CMP过程中铜膜和抛光垫各自克服滑动摩擦力所作的系统功,推导出CMP过程中活化能降低值的系统功表达式,并通过改变工作压力和转速来验证该表达式的适用性.     

Modeling Chemical Mechanical Polishing with Couple Stress Fluids

Chemical mechanical polishing (CMP) is a manufacturing process used to achieve high levels of global and local planarity. Currently, the slurries used in CMP usually contain nanoscale particles to accelerate the removal ratio and to optimize the planarity, whose rheological properties can no longer be accurately modeled with Newtonian fluids. The Reynolds equation, including the couple stress effects, was derived in this paper. The equation describes the mechanism to solve the CMP lubrication equation with the couple stress effects. The effects on load and moments resulting from the various parameters, such as pivot height, roll angle, and pitch angle, were subsequently simulated. The results show that the couple stress can provide higher load and angular moments. This study sheds some lights into the mechanism of the CMP process.     

一种新型的机械化学抛光模型

分析了机械化学抛光(CMP)过程中氧化剂与磨粒的化学机械协同作用机理,将CMP过程分为化学作用主导阶段和机械作用主导阶段.应用微观接触力学和颗粒粒度分布理论,对这两个阶段分别建立了表征芯片表面材料去除率的数学模型,根据这两个阶段的平衡点推出了表征芯片表面氧化膜生成速度的数学表达式.模型综合考虑了机械和化学作用因素、磨粒的浓度、磨粒的粒度分布特性及磨粒/芯片/抛光盘的材料特性参数对CMP过程的影响,并通过图表分析了磨粒体积浓度、磨粒平均粒径粒度、磨粒粒度分布宽度以及氧化剂浓度对CMP过程芯片表面材料去除率的影响规律.     

Multigrid technique incorporated algorithm for CMP lubrication equations

Chemical mechanical polishing(CMP)is a manufacturing process used to achieve required high levels of global and local planarity,which involves a combination of chemical erosion and mechanical action.The study on mechanical removal action of CMP with hydrodynamic lubrication involved will help us to get some insights into the mechanism of CMP and to solve the lubrication problem of CMP.In this paper,a full approach scheme of multigrid technique incorporated with line relaxation is introduced for accelerating the convergence.The effects of various parameters on load and moments are simulated and the results of computation are reported.     

磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光性能

磨粒和抛光垫为化学机械抛光(CMP)提供了重要的机械磨削作用。为了探讨磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光的磨削作用,研究了不同种类磨粒和抛光垫对材料去除率和表面形貌的影响。结果表明：在pH=12-13时,氧化铝抛光液去除率(MRR)为910nm/min,远大于二氧化硅与氧化铈抛光液,且获得较为理想光滑表面。3种不同抛光垫抛光后的铝合金表面,呢子抛光垫表面将不会出现划痕与腐蚀点,表面粗糙度较低为10.9nm。随着氧化铝浓度的增加,材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)均增加。当氧化铝含量为4wt%时,抛光垫使用呢子抛光垫适宜铝合金化学机械抛光,在获得高去除率的同时铝合金表面精度高。     

Effect of AIBI as Free Radical Initiator on Abrasive-Free Polishing of Hard Disk Substrate

To optimize the existing slurry for abrasive-free polishing(AFP)of hard disk substrate,a water-soluble free radical initiator,2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride(AIBI)is introduced to the H2O2-based slurry.The polishing results show that,the material removal rate(MRR)of hard disk substrate polished with H2O2-based slurry containing AIBI is obviously higher than that without AIBI.The acting mechanism of the improved MRR is investigated.Electron paramagnetic resonances tests show that,by comparison with H2O2 slurry,H2O2-AIBI slurry provides higher concentration of hydroxyl radicals.Auger electron spectrometer analyses further demonstrate that the oxidation ability of H2O2-AIBI slurry is much greater than H2O2 slurry.In addition,potentiodynamic polarization tests show that the corrosion dissolution rate of hard disk substrate in H2O2-AIBI slurry is increased.Therefore that stronger oxidation ability and a higher corrosion dissolution rate of H2O2-AIBI slurry lead to higher MRR can be concluded.     

高密度高炉矿渣水泥浆固井技术研究

以低密度矿渣水泥浆研究结果为基础 ,设计高密度水泥浆 ,使油气井全井段使用矿渣水泥浆固井 ,以提高固井质量 ,降低固井成本 .以高炉矿渣为水化胶凝材料 ,添加少量水泥和碱性激活剂 ,结合 MTC固井技术和多功能钻井液固井技术 ,设计密度 1 .75～ 1 .93 g/cm3 的矿渣水泥浆、矿渣MTC浆和矿渣 UF浆 .对 3种高密度矿渣水泥浆在 45～ 75℃条件下水泥石的抗压强度 ,水泥浆的凝结时间、流变性和稳定性进行试验对比 .试验结果表明 :3种水泥浆水泥石抗压强度从大到小依次为 :矿渣 UF浆 ,矿渣 MTC浆 ,矿渣水泥浆 .3种体系水泥石抗压强度满足油气井井下射孔作业对水泥石抗压强度的要求 .在 45～ 75℃条件下 ,随着温度的升高 ,高密度矿渣水泥浆和矿渣 UF浆水泥石抗压强度呈降低趋势 .矿渣 MTC浆和矿渣 UF浆的流变性、稳定性和稠化时间可通过钻井液的加量及性能来调整     

互连芯片化学机械抛光材料去除的仿真分析

针对互连芯片化学机械抛光去除机理的认知不足,假设金属材料弹塑性变形连续,对单磨粒划擦互连芯片的材料去除进行了数值表征.通过芯片应力分布和工艺参数对材料去除率分析发现:平均法向力大于平均切向力;滑动摩擦系数、材料去除率随抛光速度增加而增加;当抛光速度为10~12 mm·s~(-1)时,粒径为30 nm的磨粒材料去除率最大;当工作载荷为6μN,抛光速度为6~10 mm·s~(-1)时,粒径为30 nm的磨粒材料去除率略低,粒径为60 nm的磨粒的材料去除率最大.     

混粉电火花加工工艺特性的研究

为了进一步完善混粉电火花加工工艺,对混粉电火花加工的一些工艺特性进行了研究。通过实验探讨了峰值电流、加工极性和工具电极转速对加工效率和表面粗糙度等性能指标的影响规律。结果表明,在加工能量较小的情况下,混粉电火花加工与普通电火花加工相比,兼备加工效率高和加工质量好的优点;而且,选择恰当的加工极性并适当地伴以工具电极的转动,可以获得更优的表面加工质量。