在藍寶石襯底具體研磨加工過程中，除金剛石研磨液自身的質量之外，研磨工藝參數如：研磨盤材質、研磨壓力、研磨盤轉速等參數也對工件加工質量產生重要影響。我們使用自制的金剛石研磨液，通過具體研磨試驗，確定合適的研磨工藝參數，為藍寶石襯底材料的研磨工藝提供試驗依據。

1      試驗

1.1    試驗設備及耗材

實驗所用的設備和耗材及其功能如表1所示。

1.2    試驗過程

以YM-18LX(Φ460MM)單面修面研磨機為平臺，使用自制的3 μm金剛石研磨液，通過重物砝碼加壓、噴液加液方式實現對藍寶石襯底的研磨加工。試驗使用單因素變量方法，單獨改變某項工藝參數（研磨盤材質、研磨壓力、研磨盤轉速）進行研磨，根據具體試驗結果確定合適的研磨工藝參數。

單次研磨試驗結束后，使用SJ一210粗糙度儀測定藍寶石襯底表面粗糙度，直接得出Ra；使用ID-Cll2MXB數顯千分表測試研磨前與研磨后藍寶石襯底的厚度值，根據研磨前后藍寶石襯底厚度的差值除以研磨時間，計算出去除速率的大小。

選取的研磨工藝參數如表2所示：

2       實驗結果與分析

2.1   研磨盤材質對材料去除速率和表面粗糙度的影響

試驗分別使用錫盤、樹脂銅盤、純銅盤和鑄鐵盤四種研磨盤對藍寶石襯底進行研磨加工。由于研磨盤材質的不同，其盤面硬度也有很大的差別，因此金剛石微粉在各盤表面的嵌人深度也會有較大的不同，從而導致其在研磨盤面上的出刃高度有明顯的區別。在具體研磨時，金剛石微粉在盤面的出刃高度對材料去除速率和工件表面粗糙度產生直接的影響。

圖1所示為不同材質研磨盤對材料去除速率的影響。從圖1中可以看出：研磨盤材質硬度越高，材料去除率也就越高。錫盤、樹脂銅盤、純銅盤和鑄鐵盤的去除率依次為0.50、0.90、0.95和1.10μm/min。這是因為研磨盤表面硬度越大，磨粒切人盤面的深度越淺，其在工件表面的切人深度增加，因此材料去除率增大。

圖2表示不同材質研磨盤對工件表面粗糙度值Ra的影響。從圖2中可以看出：研磨盤材質硬度越高，其加工后的藍寶石表面粗糙度值就越高；錫盤、樹脂銅盤、純銅盤和鑄鐵盤的表面粗糙度值Ra依次為15、18、20、40nm。這是因為，在硬度高的研磨盤上磨粒切深大，所以其表面粗糙度值上升。

圖1   研磨盤材質對材料去除速率的影響

圖2   研磨盤材質對表面粗糙度值Ra的影響

從以上數據可以得出，使用錫盤進行研磨，可以得到較低的表面粗糙度值，但去除速率偏低；使用銅盤時，表面粗糙度值Ra增大至18～20nm，但去除速率提高至0.90～0.95拌μm/min，去除速率較錫盤提高了80％以上；當使用鑄鐵盤時，去除速率雖有大幅提高，但表面粗糙度值Ra異常增大，部分工件表面出現大劃痕。因此，在具體研磨加工過程中，在工件表面粗糙度值Ra滿足加工要求的前提下，可優選銅材質（樹脂銅、純銅）的研磨盤，大幅提高去除速率。

2.2研磨壓力對材料去除速率和表面粗糙度的影響

研磨壓力會改變金剛石磨料壓人丁件的深度。隨研磨壓力增大，金剛石磨料壓入工件的深度也增大，從而提高產品的去除速率和增大工件表面的粗糙度值。圖3、圖4是研磨壓力對材料去除速率和表面粗糙度值Ra的影響。

從圖3看出：隨壓力增大，去除速率提高。當壓力從6.89kPa增大至20.68kPa時，金剛石磨料壓人工件的深度逐步增大，材料去除速率從1.42μm/min提高至1,76μm/min，增幅23.9%；進一步增大壓力至27.58kPa，金剛石磨料壓人工件深度值增幅有限，去除速率僅提高至1.77μm/min，提高幅度僅為0.5％。

圖3   研磨壓力對去除速率的影響

圖4   研磨壓力對表面粗糙度值的影響

從圖4中看出：隨著研磨壓力增大，金剛石磨料在工件表面產生的切削深度值越大，因此工件表面粗糙度值變大。當壓力從6.89kPa增大至20.65kPa時，

表面粗糙度值Ra從14nm提高至18nm，繼續增大壓力至27.58kPa，由于金剛石磨料壓人工件表面的深度值已達到最大值，因此其表面粗糙度值不變。在批量研磨過程中，當研磨壓力超過27.58kPa后，少最基片出現微裂紋現象。

因此，綜合材料去除速率和表面粗糙度值Ra兩方面的考慮，優選研磨壓力為20.68kPa。

2.3 研磨盤轉速對材料去除速率和表面粗糙度的影響

通常情況下，增大研磨盤轉速可以提高研磨液產品研磨加工效率，但當速度過高時，會產生研磨運動平穩性降低、研磨盤磨損加快等具體問題，從而降低藍寶石襯底表面加工質量。圖5、圖6是研磨盤轉速對材料去除速率和表面粗糙度值Ra的影響。

從圖5可以看出：當研磨盤轉速從40r/min增大至97r/min時，去除速率從0.66μm/min提高至1.16μm/min，去除速率提高幅度達75%。

從圖6中可以看出：當研磨盤轉速從40r/min提高至80r/min時，表面粗糙度值僅從15nm略微增至17nm；當轉速進一步增大至97r/min時，由于盤面的穩定性受到影響，因此，粗糙度增大至18nm。

圖5    研磨盤轉速對材料去除速率的影響

圖6    研磨盤轉速對表面粗糙度值的影響

從以上分析得出：研磨轉速對去除速率有較大的影響，而對表面粗糙度值影響較弱，在具體研磨拋光過程中，研磨盤轉速越高，材料的去除速率越大，但考慮到研磨盤轉速超過80r/min，研磨系統的穩定性以及研具的磨損受到嚴重的影響，因此，在具體加工過程中，研磨盤轉速優選為80r/min。

3結論

(1）在表面粗糙度值滿足要求的前提下，優選銅材質研磨盤，可大幅度提高研磨效率．

(2）當研磨壓力選20.68kPa時，可實現高效的去除速率和良好的表面加工質量兩者的結合。

(3）綜合分析材料去除速率和加工過程中設備的穩定性，研磨盤轉速優選為80r/min。