مایعات پولیش آلومینا، الماس و دی اکسید سیلیکون: راهنمای کامل

نقش مایعات پولیش در پرداخت دقیق سطح

در ساخت نیمه هادی، آماده سازی نمونه متالوگرافی، ساخت قطعات نوری، و پردازش پیشرفته سرامیک، انتخاب مایع پولیش تعیین می کند که آیا یک سطح با مشخصات نهایی خود مطابقت دارد یا نیاز به دوباره کاری پرهزینه دارد. برخلاف فیلم‌های ساینده جامد یا پدهای ساینده ثابت، مایعات پولیش ذرات ساینده را در یک سوسپانسیون مهندسی شده دقیق تحویل می‌دهند و اجازه می‌دهند توزیع اندازه ذرات، غلظت، pH و شیمی حامل به طور مستقل برای هر کاربرد تنظیم شود.

سه ترکیب شیمیایی ساینده بر جریان کار صیقل کاری دقیق غالب هستند: مایعات پولیش آلومینا ، مایعات براق کننده الماس ، and مایعات پولیش دی اکسید سیلیکون . هر کدام از طریق ترکیبی متمایز از سایش مکانیکی و برهمکنش شیمیایی با سطح قطعه کار عمل می کنند. درک زمان و نحوه اعمال هر نوع - و نحوه انتقال بین آنها در یک توالی چند مرحله ای - اساس یک فرآیند پرداخت قابل اعتماد و قابل تکرار است.

مایعات پولیش آلومینا : همه کاره و به طور گسترده قابل اجرا

مایعات پولیش آلومینا (همچنین سوسپانسیون آلومینا یا دوغاب Al2O3 نامیده می شود) از ذرات آلفا آلومینا یا گاما آلومینا کلسینه شده در آب دیونیزه شده با مواد افزودنی تثبیت کننده تولید می شوند. دو فاز از نظر سختی و مورفولوژی به طور معنی داری متفاوت هستند: آلفا آلومینا (Mohs ~ 9) حذف تهاجمی ذخایر را ارائه می دهد، در حالی که گاما آلومینا (Mohs ~ 8) برش ظریف و کنترل شده تری را ارائه می دهد که عمق خراش را بر روی بسترهای حساس کاهش می دهد.

اندازه ذرات متداول از 0.05 میکرومتر تا 5 میکرومتر ، enabling alumina liquids to serve both intermediate lapping and final polishing stages depending on the grade selected. Key application areas include:

• آماده سازی متالوگرافی آلیاژهای آهنی و غیر آهنی، فولادهای سخت شده و چدن
• پرداخت نهایی اجزای سرامیکی و زیرلایه های آلومینا
• پرداخت سطح انتهایی کانکتور فیبر نوری (درجات 0.3 میکرومتر و 0.05 میکرومتر)
• لبه زدن پنجره های یاقوت کبود و کریستال های ساعت
• مرحله پیش پرداخت قبل از تکمیل نهایی سیلیس کلوئیدی در آماده سازی ویفر نیمه هادی

پایداری سیستم تعلیق یک پارامتر کیفیت حیاتی است. مایعات پولیش آلومینا با کیفیت بالا، توزیع ذرات همگن را بدون ته نشینی سخت حداقل به مدت 24 ساعت در حالت استراحت حفظ می کنند و با هم زدن ملایم به طور کامل پراکنده می شوند. تجمع - جایی که ذرات ریز به خوشه های بزرگتر تبدیل می شوند - علت اصلی خراش های عمیق غیرمنتظره است که نمونه صیقلی را باطل می کند. فرمولاسیون های معتبر پتانسیل زتا را کنترل می کنند و از پخش کننده های پلیمری برای به حداقل رساندن این خطر استفاده می کنند.

مایع پولیش الماس : حداکثر سختی برای مواد درخواستی

الماس با سختی Mohs 10 و چقرمگی شکست بسیار فراتر از هر ماده ساینده اکسیدی است، الماس تنها ساینده ای است که قادر است طیف کاملی از مواد سخت و فوق سخت را به طور موثر صیقل دهد. مایعات براق کننده الماس ذرات الماس تک کریستالی یا پلی کریستالی را معلق کنید - معمولاً از 0.1 میکرومتر تا 15 میکرومتر - در مایعات حامل بر پایه روغن، آب یا الکل.

شیمی حامل باید هم با پارچه پولیش و هم با مواد قطعه کار مطابقت داشته باشد:

• سیستم تعلیق الماس بر پایه روغن روانکاری عالی را ارائه می دهند و برای مواد کامپوزیت و سرمت هایی که حساسیت به آب نگران کننده است ترجیح داده می شوند.
• سوسپانسیون های الماسی مبتنی بر آب راحت‌تر تمیز می‌شوند، با اکثر پارچه‌های پولیش سازگار هستند و انتخاب استاندارد برای سرامیک‌ها، کاربیدها و سطوح مقطع دستگاه نیمه‌رسانا هستند.
• سوسپانسیون های مبتنی بر الکل در جاهایی که تبخیر سریع مفید است، مانند آماده سازی نمونه زمین شناسی با مقطع نازک، استفاده می شود.

مایع‌های پولیش الماس برای موادی که به سرعت لعاب می‌دهند یا ساینده‌های آلومینا یا سیلیس می‌کنند، ضروری هستند، از جمله:

• ابزار و قالب های برش کاربید تنگستن سیمانی (WC-Co).
• ویفرهای نیمه هادی قدرت کاربید سیلیکون (SiC).
• زیرلایه های نیترید گالیم (GaN) و نیترید آلومینیوم (AlN).
• ابزارسازی الماس پلی کریستالی (PCD).
• سرامیک های پیشرفته زیرکونیا و آلومینا
• مقاطع نازک زمین شناسی و نمونه های معدنی

انتخاب اندازه ذرات از یک منطق ساده پیروی می کند: گریدهای درشت تر (6-15 میکرومتر) آسیب سنگ زنی را برطرف می کنند به سرعت در مرحله پرداخت اولیه، در حالی که نمرات ریزتر (0.25-1 میکرومتر) سطح را اصلاح می کند به سمت پایان آینه ای بسیاری از آزمایشگاه‌ها سه مرحله متوالی الماس را اجرا می‌کنند (مثلاً 9 میکرومتر → 3 میکرومتر → 1 میکرومتر) قبل از انتقال به یک پولیش اکسیدی نهایی.

مایعات پولیش دی اکسید سیلیکون : دقت شیمیایی-مکانیکی

مایعات پولیش دی اکسید سیلیکون - معمولاً سوسپانسیون های سیلیس کلوئیدی نامیده می شوند - بر اساس اصول اساسی متفاوت از ساینده های آلومینا یا الماس عمل می کنند. ذرات SiO2 (معمولا 20-100 نانومتر از نظر قطر) بسیار کوچکتر از آن هستند که فقط از طریق سایش مکانیکی مواد را حذف کنند. در عوض، آنها با حامل قلیایی (pH 9-11) هماهنگ کار می کنند تا از نظر شیمیایی بیرونی ترین لایه اتمی سطح قطعه کار را نرم یا فعال کنند که ذرات نانو سیلیس به آرامی آن را برش می دهند. این مکانیسم شیمیایی-مکانیکی سطوح بدون خراش با زبری زیر نانومتری تولید می‌کند - نتایجی که سایش مکانیکی به تنهایی نمی‌تواند به دست آورد.

مایعات پولیش دی اکسید سیلیکون استاندارد مرحله آخر برای چندین کاربرد حیاتی هستند:

• ویفر سیلیکونی CMP (صفحه سازی مکانیکی شیمیایی): دوغاب‌های سیلیس کلوئیدی، ویفرهای دستگاه سیلیکونی را تا مقادیر زبری سطح زیر 0.1 نانومتر Ra مسطح می‌کنند و گره‌های لیتوگرافی زیر 10 نانومتر را قادر می‌سازند.
• آماده سازی نمونه پراش EBSD و پس پراکندگی الکترون: یک پولیش ارتعاشی سیلیس کلوئیدی، لایه سطحی تغییر شکل مکانیکی به جا مانده از مراحل الماس قبلی را حذف می کند و ساختار کریستالوگرافی واقعی فلزات و آلیاژها را آشکار می کند.
• پوشش شیشه نوری و سیلیس ذوب شده: آسیب های زیرسطحی را از بین می برد و به زبری سطح سازگار با کاربردهای لیزر پرقدرت دست می یابد.
• پرداخت نهایی بستر یاقوت کبود: سطوح آماده epi برای اپیتاکسی دستگاه LED و RF تولید می کند.
• پرداخت نهایی متالوگرافی برای فلزات نرم: آلیاژهای آلومینیوم، مس و تیتانیوم به خوبی به سیلیس کلوئیدی واکنش نشان می دهند که از ایجاد حفره و لکه دار شدن آلومینا بر روی این مواد جلوگیری می کند.

حساسیت pH سوسپانسیون های سیلیس کلوئیدی شایسته توجه دقیق است. رقیق شدن با آب لوله کشی یا آلودگی با بقایای اسیدی حاصل از مراحل پولیش قبلی می تواند سوسپانسیون را بی ثبات کند و باعث ژل شدن غیر قابل برگشت شود. همیشه از آب دیونیزه برای رقیق سازی استفاده کنید و پارچه های پولیش را بین انواع ساینده کاملا تمیز کنید.

مقایسه سه نوع مایع پولیش

ساخت یک توالی پولیش چند مرحله ای

به ندرت یک مایع صیقل دهنده یک سطح را از سطح زمین یا لپ تاپ تا پایان نهایی حمل می کند. گردش‌های کاری حرفه‌ای هر سه نوع ساینده را در یک دنباله منطقی ترکیب می‌کنند و هر مرحله تنها آسیب وارد شده توسط مرحله قبلی را حذف می‌کند:

1. الماس درشت (9-15 میکرومتر): حذف سریع علائم سنگ زنی و آسیب برش. روی دیسک صیقل دهنده سفت و سخت یا نیمه سفت استفاده می شود.
2. الماس ریز (1-3 میکرومتر): سطح را صاف می کند و عمق خراش را به زیر 1 میکرومتر کاهش می دهد. انتخاب پارچه مهم است - پارچه سفت تر صافی را حفظ می کند، پارچه نرم تر با توپوگرافی مطابقت دارد.
3. آلومینا (0.3-0.05 میکرومتر): انتقال بین الماس و سیلیس کلوئیدی را برای موادی که انتقال مستقیم مصنوعات را معرفی می کند، پل می کند. اغلب برای فولادها و آلیاژهای مس استفاده می شود.
4. سیلیس کلوئیدی (20-40 نانومتر): مرحله نهایی شیمی مکانیکی که تغییر شکل باقیمانده را حذف می کند و کمترین زبری سطح قابل دستیابی را ارائه می دهد. پرداخت ارتعاشی طولانی مدت (1 تا 8 ساعت) برای نمونه های متالوگرافی با کیفیت EBSD رایج است.

آلودگی متقابل بین مراحل رایج ترین منبع شکست فرآیند است. حتی چند ذره الماس که بر روی یک پارچه سیلیسی کلوئیدی حمل می شود، خراش های عمیقی ایجاد می کند که مرحله سیلیس نمی تواند آنها را از بین ببرد. پارچه های اختصاصی، تمیز کردن کامل نمونه بین مراحل، و تجهیزات توزیع جداگانه برای هر مایع، روش هایی غیرقابل مذاکره در هر آزمایشگاه پرداخت با کیفیت کنترل شده است.

شاخص های کیفیت هنگام ارزیابی مایعات پولیش

همه مایعات پولیش با مشخصات اسمی یکسان عملکرد یکسانی ندارند. مدیران باتجربه آزمایشگاه هنگام واجد شرایط بودن یک تامین کننده یا محصول جدید، موارد زیر را ارزیابی می کنند:

• مستندات توزیع اندازه ذرات (PSD): یک تامین کننده معتبر مقادیر D10، D50 و D90 را که با پراش لیزری یا پراکندگی نور دینامیک اندازه گیری می شوند، ارائه می دهد، نه فقط یک میانگین اسمی.
• عدم وجود ذرات بزرگ: برای مایعات الماس، وجود حتی بخش کوچکی از ذرات به طور قابل توجهی بزرگتر از اندازه اعلام شده باعث خراش فاجعه بار می شود. اطلاعات مربوط به حداکثر اندازه ذرات (D99 یا D100) را درخواست کنید.
• مدت زمان نگهداری و شرایط نگهداری: سوسپانسیون‌های کلوئیدی سیلیس و آلومینا با کیفیت بالا معمولاً زمانی که بین 5 تا 30 درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شوند، 12 تا 24 ماه ماندگاری دارند. چرخه های انجماد و ذوب به طور غیر قابل برگشت بسیاری از فرمولاسیون ها را بی ثبات می کند.
• سازگاری لات به لات: داده‌های گواهی تجزیه و تحلیل (CoA) در چندین قطعه تولیدی باید کنترل دقیق pH، محتوای جامدات و PSD را نشان دهد.
• تست سازگاری: همیشه یک مایع پولیش جدید را بر روی یک نمونه مرجع با پوشش سطح شناخته شده قبل از اینکه آن را به نمونه های تولیدی یا تحقیقاتی مهم اختصاص دهید اعتبارسنجی کنید.

انتخاب ترکیب مناسب از مایعات پولیش آلومینا، الماس و دی اکسید سیلیکون - و استفاده از هر کدام تحت شرایطی که برای آنها فرموله شده است - تاثیرگذارترین متغیری است که یک آزمایشگاه می تواند برای دستیابی به نتایج ثابت و بدون نقص سطح کنترل کند.