分級機轉(zhuǎn)速與粒度理論關(guān)系圖_分級機工作原理圖

　　前言：本文通過有關(guān)拋光實驗數(shù)據(jù)和知識分級機轉(zhuǎn)速與粒度理論關(guān)系圖，結(jié)合薄化產(chǎn)業(yè)的面板/玻璃蝕刻減薄中拋光（CMP）原理和需求，從主要設(shè)備材料的物理作用、化學(xué)反應(yīng)及環(huán)境影響等方面分析對拋光效率的影響。僅供大家參考學(xué)習。如有未盡之處和不足，歡迎大家糾正告知！

拋光作用原理之說：

　　目前業(yè)界中把拋光作業(yè)原理分為三類：

　　1、機械切削學(xué)說

　　通過堅硬的磨料切削玻璃表面凹凸微痕結(jié)構(gòu)。

　　2、化學(xué)學(xué)說

　　玻璃表面水解成硅酸凝膠層，磨料和拋光共同作用去除這個凝膠層。

　　3、表面流動理論

　　表面摩擦生熱導(dǎo)致玻璃表面產(chǎn)生塑性流動，凸起部分把凹點填平。

　　目前比較公認的理論是用相互交錯的機械、化學(xué)和物理化學(xué)綜合的概念來解釋拋光機理。減薄TFT-LCD面板基板/玻璃的拋光也正是通過拋光機臺運作配合拋光材料（氧化鈰拋光液和拋光墊）的拋光顆粒進行機械表面的磨削，拋光液又在一定程度下化學(xué)腐蝕玻璃，來達到使玻璃表面平整，光滑的過程。其原理是玻璃拋光及拋光盤運作的全過程中，它受拋光粉及拋光作用的酸堿度以及拋光液使用時間延續(xù)趨于成堿性及周圍環(huán)境中潮濕空氣、酸性氣體等因素影響而產(chǎn)生的一定化學(xué)腐蝕，并且在機械磨削的效應(yīng)下將產(chǎn)生的塑性流動的玻璃凹凸表面填平。以此過程不斷重復(fù)作用，使玻璃表面變得光亮平整。

影響研磨拋光效率的因素：

　　 對薄化產(chǎn)業(yè)的減薄拋光作業(yè)，所要求的效率，我們可指對拋光產(chǎn)品的切削速率和拋光平整度。經(jīng)相關(guān)研究影響拋光效率有如下幾方面：

拋光磨料的性質(zhì)和粒度

拋光時間

拋光液的濃度

拋光液酸堿度（PH值）

拋光溫度

拋光盤的轉(zhuǎn)速和壓力、拋光液的流速

　　（注：由于不同材質(zhì)玻璃，其被拋光切削需求都有不同，以下各方面數(shù)據(jù)所探討均是在同等材質(zhì)玻璃和相同環(huán)境作業(yè)中的研磨拋光情況）

　　1、拋光磨料的性質(zhì)和粒度

　　磨料的硬度越大，通常研磨效率越高，但是硬度大的磨料使得研磨表面的凹陷層深度加大，且凹陷深度隨粒度的增大而增加。

　　在實際拋光作業(yè)需求時，為確保拋光平整均勻同時需增加切削率，由此不同拋光玻璃材質(zhì)，有必要針對性選擇適當粒度的氧化鈰拋光粉等材料。

　　2、拋光時間

　　從圖 1 可以看出，拋光能力與研磨時間成直線關(guān)系，隨著時間的增加，切削能力增加，在達到一定時間后切削力變化不大，在呈現(xiàn)出拋光面以后，拋光液顆粒開始與玻璃表面進行分子接觸，由于拋光粉具有一定的化學(xué)活性，易于通過化學(xué)的吸附作用把玻璃表面的硅酸凝膠層連接起來，隨著時間的增加拋光液的微晶體發(fā)生斷裂，不斷暴露出高能量的晶格缺陷，這些缺陷瞬間即與玻璃表面進行分子接觸，粘合硅酸凝膠層，從而使拋光能力增加，但達到一定時間后，隨著玻璃表面的光滑，拋光液趨于飽和，從提高效率的角度出發(fā)，不必無謂延長時間。

　　3、拋光液的濃度

　　濃度和給料量過大或過小，都影響研磨拋光效率。磨料濃度過小，研磨效率很低，隨著磨料濃度的不斷提高，開始階段研磨效率上升，繼續(xù)提高，研磨效率就不再增加。給料量過小，除磨粒不足外，還會導(dǎo)致發(fā)熱甚至干磨，隨給料量的提高，研磨效率提高到一定階段效率不再提高。由圖 2 可知，隨著拋光液濃度的增加，拋光粉的切削力增大，但在濃度達到20%左右切削力達到最大值，隨著濃度的繼續(xù)增加，拋光能力反而下降。另外，由此說明對拋光液來說，固液比在一個合適的條件下，才能發(fā)揮出最大效應(yīng)。因此，足夠的研磨時間和恰當?shù)膾伖庖簼舛葘伖庑阅苡袥Q定性的影響。

　　4、拋光液酸堿度（PH值）

　　當拋光液pH在6～8之間時，主要是拋光液中的水和玻璃中的SiO2作用。

　　當拋光液pH<6時，主要是玻璃中的堿金屬離子（主要是Na＋與H＋進行交換）

　　當拋光液pH>8時，主要是OH-對玻璃網(wǎng)構(gòu)中的硅原子發(fā)生強力的親核反應(yīng)，使得硅氧鍵斷裂

　　由此參考建議拋光效應(yīng)保持拋光液在一個最佳的范圍內(nèi)（6-8），當拋光液PH<6的時候我們需要添加適當?shù)臍溲趸c來加強其堿性值，攪拌均勻后再測試，若不符再行添加；當拋光液PH>8時，需要添加適當?shù)臋幟仕醽斫档推鋲A性值。

　　5、拋光溫度

　　 溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的一個重要因素。

　　拋光過程中對其速率的溫度影響，主要有拋光過程機臺的拋光臺溫度和周圍環(huán)境溫差影響兩方面導(dǎo)致。而拋光機臺溫度是為溫度影響的關(guān)鍵。

　?。?）拋光機臺溫度的控制（以拋光臺可控溫度的拋光機為例）

　　如圖3，根據(jù)拋光機臺結(jié)構(gòu)和溫度控制原理（一般通過熱交換的形式），結(jié)合拋光工藝要求機臺溫度一般控制在18~40℃為佳。

　　雖然拋光機臺的溫度越高能使化學(xué)反應(yīng)速率越快，但同時也必須注意，其會引起拋光液的快速揮發(fā)，這樣將導(dǎo)致玻璃表面腐蝕嚴重、去除率不均勻，從而使得拋光質(zhì)量下降。但拋光機臺溫度過低又會使化學(xué)反應(yīng)速率降低，進而使得機械作用大于化學(xué)作用，玻璃機械損傷嚴重。因此在提高拋光率同時也保證拋光質(zhì)量，也就必須快速、穩(wěn)定、精確地控制拋光機臺的溫度。

　　經(jīng)實驗得知在拋光機臺溫度控制系統(tǒng)中，循環(huán)水溫度對換熱效率的影響比循環(huán)水流量的影響要顯著；在溫度控制過程中，使用大溫差大流量的循環(huán)水對拋光臺進行初步加熱或冷卻，再調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量使拋光臺達到熱平衡，既可以提高溫度控制的效率又可以提高控制的精度。

　　（2）周圍環(huán)境溫度的控制

　　另外周圍空間溫度對玻璃表面溫度有影響，特別是氣溫低的時候，沒有保暖措施，對玻璃表面溫度有一定影響，同時也會影響到實際拋光機臺溫度控制中對拋光效率。由此在拋光作業(yè)保證一個較為恒溫恒濕拋光環(huán)境同樣對提高拋光效率有著一定的意義。經(jīng)實驗統(tǒng)計，可參考作業(yè)環(huán)境溫度控制25℃左右，相對濕度保持在60~75%左右。

　　6、拋光盤的轉(zhuǎn)速和壓力、拋光液的流速

　　合理地設(shè)置研磨盤的轉(zhuǎn)速和壓力非常重要。根據(jù)有關(guān)研究，研磨盤的轉(zhuǎn)速和壓力與研磨效率都為正相關(guān)關(guān)系。

　　對與不同拋光需求情況，控制好相應(yīng)拋光液的流速，能有效的保障拋光過程拋光液的濃度和均勻性。在拋光過程中拋光液流速太小，能夠參與作用的拋光粉顆粒就少，拋光效率低；流速太大，大部分拋光粉顆粒并不參與作用，卻帶來大量液體使玻璃表面溫度下降，影響拋光效率。而且拋光粉不能迅速散布均勻，導(dǎo)致各部分壓力不均，造成局部多磨，對拋光的光圈（條紋）質(zhì)量有影響。同時單位面積壓力減小，效率降低，拋光過程中產(chǎn)生的碎屑也不能順利排出，使玻璃表面拋光不均或劃痕異常等。

　　綜合總結(jié)：

　　通過以上六類主要因素分析可知，影響研磨拋光效率因素可能是多種綜合情況導(dǎo)致，且在現(xiàn)實拋光作業(yè)需求時，往往因不同產(chǎn)品和客戶要求，某些要素（如：壓力、時間等）需求固定不變，在此所要提高效率人員作業(yè)效率提升同時，從相關(guān)拋光原理角度，盡可能的優(yōu)化工藝參數(shù)和選擇品質(zhì)性能較佳的拋光輔材，已達最佳拋光效率。

　　另外，除優(yōu)化這些可量化的工藝參數(shù)和適當拋光輔材品質(zhì)性能的選擇外，還有一些必須注意且要嚴格執(zhí)行的事項：（1）拋光車間必須每天打掃干凈，避免空氣中大顆粒塵埃；（2）研磨料和拋光粉粒度要均勻，不能混有大顆粒雜質(zhì)；（3）研磨拋光后要及時剔除破損的玻璃片，因為其在拋光時容易崩邊，散落的玻璃渣易造成擦痕；（4）研磨拋光液的定時過濾；（5）拋光輔材（拋光墊、吸附墊等）在針對不同過的作業(yè)要求，也需要定期定時的修整和更換；(6)拋光前使相應(yīng)氧化鈰拋光墊要充分濕潤，上下玻璃片要格外小心并仔細檢查；（7）清洗盡量使用純水或去離子水，因為自來水等硬水很難除去玻璃上的油污，且水中含的Ｃａ，Ｎａ。

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