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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊適嘉
研究生(外文):Yang Shih Chia
論文名稱:軟墊研磨製程微觀界面溫昇探討
論文名稱(外文):Investigations for the Interfacial Micro-contact Temperature Rise of Soft Pad Polishing Process
指導教授:黃培堯
指導教授(外文):Huang Pay Yau
口試委員:黃培堯黃社振蔡宏榮
口試委員(外文):Huang Pay YauHwang Shen JennTsai Hung Jung
口試日期:2013-07-31
學位類別:碩士
校院名稱:吳鳳科技大學
系所名稱:光機電暨材料研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:軟墊研磨製程、研磨溫昇現象、摩擦熱、微觀接觸力學、研磨軟墊
外文關鍵詞:Soft pad polishing process, Polishing temperature rise, Friction heat, Micro contact mechanics, Polishing pad
相關次數:
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精密軟墊研磨拋光可說是業界目前針對高精度表面加工的主要製程之一,該製程主要目標是使成品達到表面平坦化之效果,通常是精密表面平坦化製程的最後一道程序。在軟墊拋光的過程中,會因機械磨耗的作用而產生摩擦熱,使研磨界面間的溫度升高,而影響軟墊研磨製程結果,本研究的主要目標為探討軟墊拋光製程其研磨界面溫昇的機制,並嘗試提供學理上的解釋。
本研究在軟墊研磨微觀界面溫昇理論模式的開發上,先藉由微觀量測儀器,以獲得研磨軟墊表面之微觀黏彈特性。所獲得之研磨軟墊物理特性參數,將應用於軟墊研磨接觸界面之微觀接觸力學模式的開發,此部份的力學模式除考慮研磨軟墊的特性外,也會將研磨漿中的研磨顆粒效應納入考量,以建立研磨界面間的相互關係,來估算接觸界面間研磨顆粒的穿透深度,並以之為基礎配合研磨軟墊微觀表面參數量測結果,及軟墊研磨製程參數,來建立軟墊研磨界面溫昇理論模式,探討研磨界面的溫昇,最後將研磨漿之效應納入考量,以建構一個同時考慮研磨顆粒效應、軟性研磨墊表面微觀黏彈特性及製程耗材特性的接觸溫昇模式。最後所建立的軟墊研磨接觸界面溫昇理論機制將利用來探討各項製程中機台操作參數、工件及所使用耗材特性對製程溫昇的影響。本研究的結果可提供新型的軟墊研磨製程設計,以及製程參數調控,和研磨機台設計之相關準則。

Soft-pad polishing is a key technology for fine surface finish and planarization. During the soft-pad polishing process, the temperature between the polishing interfaces will increase due to the friction and wear effects. The interfacial polishing temperature plays a central role in the soft-pad polishing process and can affect the polishing outcomes.
To investigate the polishing temperature rise mechanism during soft-pad polishing process, the current study utilizes dynamic mechanical analysis technique to characterize the micro mechanical property of polishing pad surface under various conditions. The measured data has been applied to the development of the interfacial contact mechanism and polishing temperature rise theoretical model. In this research, a polishing temperature model considering the effects of operating parameters, consumables’ characteristics and soft-pad properties is developed. The effects of operating and consumables’ parameters to the soft-pad polishing temperature rise are also investigated by the developed model.

摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號彙編 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2研究文獻背景 3
1.3研究動機 6
1.4研究目的 7
1.5論文章節架構 8
第二章 研磨軟墊的種類與浸潤性質 12
2.1研磨軟墊之種類 13
2.2軟墊浸潤之目的 14
2.3所應用之研磨軟墊表面特性 15
2.4軟墊研磨製程溫昇效應對接觸界面的影響 15
第三章 實驗設備與規劃 21
3.1 實驗規劃 22
3.1.1奈米壓痕儀與溼式測量台 22
3.2自製濕式量測平台之目的 24
3.2.1軟墊試片準備 24
3.3奈米壓痕儀之動態負載設定條件 24
3.4實驗數據的擷取及量測 26
第四章 軟墊研磨溫昇與改良 36
4.1理論架構 36
4.1.1軟墊試片準備 37
4.2 研磨顆粒、研磨軟墊及工件表面接觸模型 38
4.3瞬閃溫度理論模型推導 40
第五章 實驗結果與討論 47
5.1 溫昇探討 47
5.2 理論結果 49
第六章 結論與未來討論 56
6.1 未來研究方向 57
參考文獻 58
附錄
A 發表之期刊 62


表目錄
表3.3.1 實驗之總動態負載之參數設定 33
表3.3.2 實驗之基本參數設定 34
表3.4.1 實驗結果數值 35
表5.2.1 理論參數設定 52
表5.2.2 以動態負載5N、靜態負載300N代入理論結果之數值 52
表5.2.3 以01μm之一顆粒大小代入理論結果之數值 53



圖目錄
圖1.1.1 拋光機台系統示意圖 9
圖1.1.2 研磨頭與墊面接觸製程示意圖 9
圖1.2.1新石器時代研磨截具複原圖 10
圖1.2.2玉作圖主要前製作業研漿與磨砣以及後期磨光 10
圖1.3.3達芬奇(前)與亨利德雷珀(後)的鏡面研磨機台圖 11
圖2.1.1研磨墊表面接觸示意圖 18
圖2.1.2 IC1000研磨軟墊外觀 18
圖2.3.1 應力鬆弛曲線 19
圖2.3.2 潛變曲線 19
圖2.4.1溫昇軌跡具觀模擬作動圖 20
圖2.4.2微觀下溫度對於顆粒變化以及實際表面接觸面積的影響(a)顆粒較多(b)顆粒較少 20
圖3.0.1機械軟墊研磨製程研究架構 28
圖3.1.1精密研磨測試平台設備 28
圖3.1.2測頭量測狀態 29
圖3.2.1自製濕式平台 29
圖3.2.2(a)自製平台細部說明、(b)置入研磨漿後之溼式平台 30
圖3.2.3濕式平台量測圖 30
圖3.2.4濕式平台動態負載量測詳細圖 31
圖3.3.1靜態負載之軟墊持續受到一研磨頭固定下壓力 31
圖3.3.2動態負載之模擬粗糙峰按壓於軟墊所造成的壓力,以測得軟墊的回饋效應 32
圖3.3.3動態震動頻率 32
圖3.3.4常數動態負載示意圖 33
圖4.0.1本研究之理論架構 44
圖4.2.1研磨界面中實際接觸面間的研磨顆粒示意圖 41
圖4.3.1軟墊研磨製程中各項不同粗糙峰高度與接觸情形示意圖 45
圖4.3.2接觸界面熱量分配示意圖 45
圖4.3.3單一有效顆粒與整體界面有效顆粒數 46
圖5.2.1實驗結果數值 53
圖5.2.2理論之楊氏模數比較 54
圖5.2.3代入理論之顆粒受力值 54
圖5.2.4代入理論之顆粒穿透深度 55
圖5.2.5代入理論之總發熱參數 55

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