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Student: wenjheng Lin Adviser: Liren Tsai

Precise grinding & polishing. Student: wenjheng Lin Adviser: Liren Tsai. Outline. Introduction-----------------------------------------------(4) 超精密研磨 方法 -----------------------------------------(5) 彈性發射加工 ----- ---------------------------------------(6) 彈性發射加工 示意圖 彈性發射加工 裝置

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Student: wenjheng Lin Adviser: Liren Tsai

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Presentation Transcript

  1. Precise grinding & polishing Student: wenjheng Lin Adviser: Liren Tsai

  2. Outline • Introduction-----------------------------------------------(4) • 超精密研磨方法-----------------------------------------(5) • 彈性發射加工--------------------------------------------(6) 彈性發射加工示意圖 彈性發射加工裝置 • 浮動研磨--------------------------------------------------(10) 浮動研磨機 • 磁力研磨--------------------------------------------------(12) 磁力研磨機 • 電解磁力研磨--------------------------------------------(14) 電解磁力研磨示意圖 電解磁力研磨機

  3. Outline • 製程中電解削銳-----------------------------------------(17) 製程中電解削銳示意圖 • 化學機械研磨--------------------------------------------(19) 化學機械研磨示意圖 化學機械研磨機 • 超音波震動研磨-----------------------------------------(22) 異形電極式超音波研磨 螺旋電極式超音波研磨 超音波震動研磨機 • References-----------------------------------------------(26)

  4. Introduction • 超精密加工技術標誌著一個國家機械製造業的水準，在提高光機電產品的性能、品質、壽命和研發高科技產品等方面具有十分重要的作用。當前，超精密加工是指加工誤差小於0.01μm、表面粗糙度小於Ra0.025μm 的加工，又稱之為亞微米級加工。現在，超精密加工已進入納米級，稱之為納米加工。 • 研磨或者拋光(Lapping or Polishing)是使工件產生平滑鏡面的超精密研磨技術，其目的在於使表面粗糙度及平坦度到達一定的可容許範圍，常被廣泛的使用在硬脆金屬、陶瓷、玻璃及晶圓等材料表面的精密加工。

  5. 超精密研磨方法 #基於機械作用的超精密研磨方法: 基於機械作用的超精密研磨拋光方法是依靠微細磨粒的 械作用對被加工表面進行微量去除，達到高精度的加工表 面。 • 機械研磨、彈性發射加工、浮動研磨、磁力研磨、電解磁力研磨、ELID研磨 #基於機械化學作用的超精密研磨方法: 機械化學研磨是在微粉粒子的撞擊和研磨液的化學作用 產生研磨作用，去除工件表面的微量材料。 • 化學機械研磨 • 超音波振動研磨

  6. 彈性發射加工(EEM) • 加工時使用聚氨脂球作加工頭，在高速旋轉的加工頭與被加工工件表面之間加上含有微細磨粒（0.1～0.01μm）的研磨液，並產生一定的壓力。通過高速旋轉的加工頭所產生的高速氣流及離心力，使磨粒衝擊或擦過工件表面，產生彈性破壞物質的原子結合，從而去除工件表面的材料。

  7. 彈性發射加工示意圖

  8. 彈性發射加工示意圖 Interactions Between Surfaces of Ultra-fine Powders and Works Interactions Between Surfaces of Ultra-fine Powders and Works (a)Surface structures before interaction. (b)Hydrogen bonding between two surface. (c)Interface structure. (d)Separation of adsorbed powder with work atom removals.

  9. 彈性發射加工裝置 非接觸加工裝置 動壓軸項軸承構造

  10. 浮動研磨 • 它利用流體力學原理使拋光器與工件浮離，在拋光器的工件表面做出了若干楔槽，當拋光器高速旋轉時，由於油楔的動壓作用使工件或拋光器浮起，其間的磨粒就對工件表面進行拋光。

  11. 浮動研磨機

  12. 磁力研磨 • 磁力研磨是利用磁場將磁性磨料聚集在工件與磁極間之工作間隙內，這些聚集的磁性磨料在磁場的作用下形成一束撓性的磁力刷（magnetic brush），同時產生研磨壓力作用在工件表面上，再藉由工件的旋轉與軸向振動，使磁性磨粒與工件表面之間產生相對運動，而達到精密拋光的效果

  13. 磁力研磨機

  14. 電解磁力研磨 • 電流電壓的陽極接工件，陰極接工具，陰極接欲去除毛刺的工件部位。電解液由泵驅動後經陰極流過陽極工件的毛刺部位到達回流槽。工件以一定的速度旋轉，同時作軸向振動。在垂直於工件軸線及電力線的平面方向上加直流強磁場，在磁場中填入游離狀的磁性磨料，由磁磨料組成的“磨料刷”快速衝擊件表面，去除突起的毛刺和實現光整加工。

  15. 電解磁力研磨示意圖 電解磨削原理示意圖 電解磨削機構示意圖

  16. 電解磁力研磨機

  17. 製程中電解削銳(Electrolytic In-Process Dressing，ELID) • 電子零件等功能材料之進步是有目共睹的，但對於各種素材零件之加工精度要求則是愈來愈嚴格。其加工技巧之磨料加工技術的研磨、拋光方面，對於高效率、高精度、高品位、超精密、自動化等之期望也很高，滿足其要求的加工技術之一為ELID研磨法。 • ELID研磨法為金屬結合砂輪的削銳方法之一，利用電氣化學作用所產生之電解溶出現象，在研磨加工中也可以連續地進行削銳，以保持穩定的銳利度。

  18. 製程中電解削銳示意圖 使用ELID研磨法之平面磨床示意圖 ELID研磨時之砂輪表面狀態示意圖

  19. 化學機械研磨 • CMP 指化學機械研磨 (Chemical Mechanical Polishing)，或稱為化學機械平坦化 (Chemical Mechanical Planarization)。 • CMP 是在研磨機的研磨墊(PU Pad)上注入研磨漿料(Slurry)進行研磨晶圓的動作，目的是將積體電路晶圓(ICWafer)上的介電層(oxide layer)與金屬層(metal layer)磨平，使其全面平坦化進而達到立體佈線或者多層佈線，提升配線密度(pattern density)，同時降低缺陷密度(defectdensity)，提升製程良率。

  20. 化學機械研磨示意圖 擷取自:http://140.112.22.210/lab/eml/semi-94/chapter12%E5%8C%96%E5%AD%B8%E6%A9%9F%E6%A2%B0%E7%A0%94%E7%A3%A8.pdf

  21. 化學機械研磨機

  22. 超音波震動研磨 • 超音波震動工具頭的端面與工件表面保持一固定的間隙δ，並在其間充以微細磨粒工作液，當超音波振動工具以一定的頻率振動時，帶動微細磨粒衝擊工件表面，從而對工件表面進行研磨。

  23. 異形電極式超音波研磨 異形電極式超音波研磨為利用異形電極，搭配由平均粒徑1μm的氧化鋁磨粒混合黏度為SAE30之調製而成的研磨磨料，來進行加工。

  24. 螺旋電極式超音波研磨 當右螺旋電極順時針旋轉時，螺旋溝槽會帶動黏彈性磨料進入微孔內，因此置於工件底部的磨料將由微孔出口進入，通過微孔後排出，使磨料十分順利的存在於間隙中，而為了讓過程更順暢，以矽油、腊油與高分子膠液等油酯，添加5μm的SiC磨粒調製而黏彈性磨料，因黏彈性磨料如同果凍般為半固體狀態，比液態磨料更容易被帶動，不僅加速了磨料的更替，亦提升了研磨效果。

  25. 超音波震動研磨機

  26. References • 荣烈润上海市静安区职工大学 • 《航空精密制造技术》2005 年第2 期 • 丁建國 科技與化學－化學機械研磨漿料相關介紹 哲學四 B93104019 • 張 耿 維 國立 中 央 大 學機 械 工 程 研 究 所 博 士 論 文 磁力研磨與電解磁力研磨之拋光特性研究 • 超精密加工技術 高道鋼 編譯 全華科技圖書股份有限公司 印行 • 羅勝益、顏木田、蔡傳暉 華梵大學機電工程學系 • 何炳興 國立中央大學 機械工程研究所 碩士論文 • 精密磨削(Precision Grinding) http://blog.sina.com.tw/lifung/article.php?pbgid=24968&entryid=591384

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