Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии механической обработки торцов заготовок интегрально-оптических схем на монокристалле ниобата лития

Сведения об участнике
ФИО
Лагунов Дмитрий Михайлович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Материалы для электроники
Тема
Разработка технологии механической обработки торцов заготовок интегрально-оптических схем на монокристалле ниобата лития
Резюме
Предметом исследования является разработка технологии обработки торцов пластин на основе монокристалла ниобата лития. Решение основным проблем, возникающих при данном процессе. Механизация труда с проектированием специальной оснастки. При проведении экспериментальной части были установлены оптимальные режимы позволяющие в создавать на рабочих торцах деталей поверхность с необходимой геометрией без наличия механических повреждений, а так же добиться шероховатости по параметру Ra в пределах одного нанометра с использованием специального приспособления.
Ключевые слова
монокристалл ниобата лития, интегрально-оптическая схема, доводка, полировка
Цели и задачи
В работе были решены следующие задачи:
1) Ознакомление с рядом проблем, возникающих при обработке торцов ниобата лития.
2) Выбор кинематики, а следовательно и оборудования, с установлением оптимальных режимов резания.
3) Выбор материала инструмента и абразивных материалов
4) Проектирование специального приспособления для обработки торцов заготовок.
5) Контроль геометрии, а так же шероховатости полученной поверхности.
Введение

В условиях расширения импортозамещения, развитие отечественных способов обработки материалов к которым предъявляются, повышенные требования является актуальной задачей.  Одним из таких материалов является ниобат лития.

Применение ниобата лития в качестве основы для создания интегрально оптических систем обусловлено высокими электрооптическими коэффициентами этого кристалла, широким окном прозрачности и возможностью создавать на его поверхности волноводы стандартными фотолитографическими методами. 

Методы и материалы

В процессе резки на краях деталей образуются различные механические повреждения: сколы, трещины, риски. Так как к стыку деталей предъявляются повышенные требования по шероховатости и геометрии, то необходима финишная обработка. Этот этап проходит в 2 стадии – доводка и полирование: На 1 стадии с обрабатываемых поверхностей детали удаляются грубые механические повреждения после предыдущей обработки. При этом формируется геометрия рабочих граней, а так же поверхность становится однородной без рисок и сколов. На  2 стадии формируется необходимая однородная шероховатость, сглаживаются все неровности.  Для отработки технологии была разработана оснастка и выбран ряд стеклянных притиров с известными механическими свойствами и исходной геометрией. Обработка проводилась на станке LECO с вращающимся притиром при непрерывной подаче суспензии

При полировании использовались полировальники из тканых и нетканых материалов. В результате экспериментов были выбраны полировальники из нетканых гидрофобных материалов, так как они показали наибольшую стойкость, а так же стабильность процесса обработки.

Получившуюся геометрию контролировал на микроскопе, с различным уровнем увеличения. Шероховатость подвергалась контролю немецким профилографом профилометром фирмы Mahr.

Описание и обсуждение результатов

1. Экспериментально установлена возможность и целесообразность замены ручной обработки механизированной, обеспечивающей требуемое качество, более высокую производительность и не требующей высокой квалификации исполнителя.

2.  Для реализации механизированной финишной обработки торцов пластин из МНЛ разработана специальная остастка для крепления обрабатываемых пластин пакетом. С целью самоустановки приспособления с деталями на поверхности притира или полировальника  количество пакетов должно быть кратно трем. При сборке пакетов необходима тщательная промывка пластин, зазор между пластинами не допускается. Зажим пакета должен производиться максимально близко к обрабатываемому торцу.

3.  Результаты экспериментов по доводке МНЛ свободным абразивом на стеклянном притире показали, что с увеличением давления и скорости резания производительность съема возрастает пропорционально и практически по линейному закону. Шероховатость обработанной поверхности изменяется не значимо. Допустимые значения давления зависят от вида, зернистости абразива и концентрации суспензии.

4. С увеличением зернистости абразива производительность съема Q и среднее значение шероховатости пропорционально возрастают. При механизированном шлифовании свободным абразивом пластин из МНЛ, отличающихся чрезвычайной хрупкостью, увеличение зернистости абразива крупнее М14 мкм не целесообразно. Во всех случаях, не зависимо от зернистости суспензии, с целью исключения больших сколов процесс шлифования следует начинать при минимальном давлении. По мере возрастания площади контакта давление пропорционально увеличивается.

5. Процесс полирования при данной конструкции приспособления, с целью повышения стойкости полировальников и обеспечения достаточно высокой скорости резания при умеренных частотах вращения необходимо осуществлять при встречном вращении инструмента и приспособления с обрабатываемыми пластинами.

6. Опробована большая номенклатура полировальников на основе тканых и нетканых материалов. Результаты сравнительных исследований показали, что по стойкости полировальников и качеству обработанной поверхности МНЛ из всей номенклатуры материалов опробованных для механизированной полировки можно рекомендовать: искусственную кожу СК-8 и полировальники Microlap фирмы Remet и VelTex фирмы Buehler.

7. Экспериментально установлено, что для полировальников Microlap фирмы Remet и VelTex фирмы Buehler и искусственной кожи СК-8, показавших высокую производительность.

Используемые источники
1. Винокуров В.М. Структура разрушенного слоя / В. М. Винокуров, A. JI. Ардамацкий, Л. B. Попов // Формообразование оптических поверхностей: сб. статей под ред. К. Г. Куманина. М. : Оборонгиз, 1962. - С. 7-57.
2. Preston F. W. Journ. Soc. Glass Techn., v.17, №5, 1933.
3. Качалов Н. Н. Технология шлифовки и полировки стекла -М. Л.: изд-во АН СССР, 1953. - 382 с.
4. Александров И. Е. Об оптимальных условиях шлифования оптических деталей. Оборонгиз, 1953.
5. Ардамацкий А. Л. Алмазная обработка оптических деталей. Л.: Машиностроение, 1978 - 232 с.
6. Справочник оптика технолога. – под ред. М. А. Окатова. СПб.: Политехника, 2004. - 679 с.
7. Артёмов А. С. Наноалмазы для полирования. Физика твёрдого тела, 2004, т. 46, вып. 4, С. 89-97.
Information about the project
Surname Name
Lagunov Dmitriy
Project title
Development of technology for lapping of pieces integrated optical circuits based on a single crystal of lithium niobate
Summary of the project
The subject of the study is to develop processing technology ends of the plates on the basis of a single crystal of lithium niobate. The decision of the main problems encountered in the process. Mechanization of labor with the design of special equipment. During the experimental part were established the optimal mode allows you to create on the job ends with the necessary details of the surface geometry without mechanical damage, as well as achieve a roughness Ra parameter within one nanometer by using a special device.
Keywords
single crystal of lithium niobate integrated-optical circuit, lapping, polishing