超薄不锈钢基板超精密化学机械抛光方法和机理研究

围绕电子信息产业中下一代软性显示器制造对超薄不锈钢基板超精密加工技术的需要，本项目针对超薄不锈钢基板的柔性大特点，提出采用表面微楔形槽结构的抛光垫的超薄不锈钢高效低损伤超精密化学机械抛光工艺。通过对相关基础理论和关键技术的研究：（1）研究不同于目前弹性体-刚性体接触的接触模型和流体动力学模型，以及同时表征化学作用和机械作用的超薄不锈钢材料去除模型和微尺度抛光表面形成的特征模型，透过多物理场耦合分析，揭示超薄弹性不锈钢基板化学机械抛光方法的材料去除机理；（2）研制适应不锈钢化学机械抛光的抛光液；（3）获得抛光工艺参数对不锈钢基板抛光过程及表面完整性的影响规律，优化抛光垫表面结构参数和系统工艺参数，协同抛光过程的化学、机械和流体动压作用，获得超薄不锈钢基板无损伤纳米级表面粗糙度的抛光工艺参数。为形成一种新的超薄弹性不锈钢基板超光滑抛光方法和理论奠定基础，为我国电子信息产业的发展提供技术支持。

柔性显示产品具有轻薄、可随意弯曲和卷曲的特点，引导着新型电子信息技术发展和应用，为此，柔性显示技术已成为业界关注的热点。超薄不锈钢基板因热膨胀系数相对较低，且具有耐高温制程、重量轻、可卷曲、抗腐蚀能力强、适用Roll-to-Roll的制程、可制作大尺寸和复杂形状等特点，是理想的柔性显示基板材料。柔性显示行业要求不锈钢基板有极低的表面粗糙度和较好的平坦化，如何降低超薄不锈钢基板表面粗糙度是制约着柔性显示器发展的关键问题。.本项目针对超薄不锈钢基板的上述特点和在柔性显示基板的要求，以厚度为0.1mm的304不锈钢为研究对象，系统研究了化学机械抛光不锈钢基板的基础理论和关键技术。（1）分析化学抛光液的作用机制和抛光液的成分组成原则，研制了化学机械抛光不锈钢基板的抛光液及其化学作用机理。（2）经过分析设计，本项目采用截面为楔形、表面分别为放射型沟槽、网格型沟槽和同心圆放射复合型沟槽的抛光垫沟槽，并采用激光技术加工。激光加工抛光垫表面沟槽的技术及其成果已被课题组引用于陶瓷刀具表面微织结构加工技术研究中，开拓了本课题组的新研究领域。（3）理论分析了化学机械抛光过程个不锈钢-抛光垫间的接触状态，建立了流体动力学模型，建立了考虑抛光垫表面和截面结构的超薄不锈钢基板抛光过程的抛光液流场模型，并进行了仿真分析和实验观察研究对比，结果表明采用网格型表面结构和楔形截面结构的抛光地，抛光液流动轨迹分布密集、连续、均匀，材料去除率高，不锈钢基板抛光表面质量好。（4）设计制作了自动加载系统和抛光头、化学机械抛光过程在线温度和动态载荷的测量系统、抛光液流场和膜厚高速摄影检测平台，并通过实验研究，分析了抛光温度的分布情况，抛光条件对抛光温度的影响规律，以及抛光温度对抛光过程的化学作用影响。（5）通过理论研究和正交实验，采用自制的抛光液和抛光垫，获得了高效超精密抛光超薄不锈钢基板的化学机械抛光工艺，不锈钢基板的抛光表面粗糙度小于5nm。（6）已发表学术论文12篇、已录用待发表论文5篇；申请专利4件，其中获授权专利2件、公开2件；培养博士生2名、硕士生9名、年轻教师2名；邀请国外专家来访交流合作2次。.本项目研究成果有助于完善超精密加工技术理论，其应用有助于推动超薄不锈钢基板在柔性显示产品中的应用，以及推动柔性技术的发展。