CN101177037A - 碳纤维增强聚醚醚酮保持环的注塑成型方法 - Google Patents

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傅增祥
刘峣
郑欣
金若鹏
卜毅男
姚远
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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强聚醚醚酮保持环的注塑成型方法，在保证注塑机料筒容积是塑件和流道等材料体积的2～5倍的前提下清洗注塑机；采用耐热工具钢制作模具，并对模具进行高精度抛光；采用膜型浇口，浇口厚度是1－2mm，长度3－4mm；将原料在150℃干燥的最少3小时或在160℃干燥2小时后在385℃－395℃料筒温度下注射，注射压力为120－140MPa，模具温度为185－220℃，保温保压30秒即可成型。本发明制备的保持环力学性能一致，无融接痕，耐磨损性能一致。

Description

碳纤维增强聚醚醚酮保持环的注塑成型方法
技术领域
本发明属于晶圆化学机械抛光加工领域。
背景技术
晶圆化学机械抛光(CMP)中，由于晶圆表面受力的不均匀性，使抛光后的晶圆表面很难达到理想的精度，尤其是晶圆边缘由于应力集中，会出现边缘“过磨”现象，降低了晶圆抛光质量和晶圆利用率，晶圆直径越大，晶圆边缘的“过磨”现象越严重。目前，为了解决晶圆边缘的“过磨”现象，在晶圆外围加上一个保持环，能够在晶圆平坦化时盛装晶圆，确定晶圆的位置，产生低研磨速度，同时能够压下晶圆外弹起的抛光垫，缓解晶圆边缘的应力集中，生成具有紧密平整度公差的均匀抛光表面。但是目前关于保持环的研究很少，保持环优异的功能还不能被更好的表现出来。同时，保持环的磨损性对其使用寿命有很大影响，保持环的抗磨损性好，这样一个保持环可以加工更多的晶圆，降低了了单个晶圆的成本。
对保持环的诸多要求中，保持环与抛光垫接触面(磨损面)要求抗磨损，并抗磨损率要一致，保持环内力学性能要一致，注塑成型保持环时，还要求没有注塑融接痕。这些要求对保证晶圆CMP加工后平坦化很重要。这些要求除过需要保持环材料保证外，还要依靠保持环生产工艺来保证。
目前，保持环主要使用聚四氟乙烯、聚碳酸酯和聚苯硫醚几种材料，它们的抗磨损性和抗腐蚀性都不理想，致使生产中不得不频繁更换保持环，影响晶圆加工质量和效率。
碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(以下简称CF/PEEK)已经被证明是理想的保持环材料。但该材料成型温度高、成型压力高、流动性差和需要模具加温等技术难点。采用传统的注塑成型方法成型保持环这样要求很高的零件时，存在以下缺陷：1)保持环上有融接痕，融解痕处材料强度难以保证，容易断裂。2)注塑中，沿保持环环向压力和温度不一致，磨损面抗磨损率不一致，使用中磨损快慢不一致，难以保证晶圆表面均匀一致。3)注塑中模具温度、注塑温度和压力控制不严格，使材料结晶度不高或变化大，也会引起保持环磨损快慢不一致或抗磨损性不高。4)生产中易污染原料或加入回收料都会污染晶圆。
发明内容
为了克服传统的注塑方法成型CF/PEEK复合材料保持环时存在的性能不一致、抗磨损性不高或不一致，有融接痕等缺点，本发明公开了一种注塑成型碳纤维增强PEEK复合材料保持环的方法，能够保证注塑成型的晶圆加工用CF/PEEK复合材料无污染，保持环力学性能一致，无融接痕，耐磨损性能一致等。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
第一步、注塑机准备：注塑机料筒容积应该是塑件和流道等材料体积的2～5倍。采用拆开方式清洗。如果不能拆开，那么就必须采取净化措施，采用在PEEK融化温度(343℃)以上仍保持稳定的材料进行清洗，例如融化温度为380℃的聚醚砜和聚醚酰亚胺。
第二步、模具准备：采用耐热工具钢制作模具，并对模具进行高精度抛光；采用膜型浇口，浇口厚度是1-2mm，长度3-4mm。
第三步、原料准备：碳纤维增强聚醚醚酮复合材料以塑粒料形式在150℃干燥的最少3小时或在160℃干燥2小时，不能添加二次回收料；
第四步、注塑：在385℃-395℃料筒温度下注射，注射压力为120-140MPa，模具温度为185-220℃。保温保压30秒即可成型。
生产中断处理：如果生产过程由于停电等原因中断延迟时间超过1小时而不足3小时，注塑机内温度就应该减到340℃左右，要继续加工，就应该再提高料筒温度和模具温度至第四步的要求后继续进行。如果延迟造成聚合体停留时间超过3小时，则应该清空机器内存料，重新加入新料，由上述第一步重新开始。
本发明的有益效果是：本发明注塑成型的晶圆CMP加工用PEEK复合材料保持环，能够保证整体性能均匀一致、无融接痕等薄弱区域，材料内结晶度高，保持环耐磨。应用本发明制作的保持环半成品在CMP磨损试验机磨损试验后结果表明，磨损面处处磨损量一致；保持环在CMP产线上应用效果表明，该保持环使晶圆面平坦化均匀。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
实例1：
1)料筒容积是塑件和流道材料体积的2倍，采用拆开方式清洗。
2)模具材料采用马氏体铬工具钢，并进行高精度抛光。采用膜型浇口，浇口厚度是1mm，长度3mm。
3)原料在150℃干燥的最少3小时，不添加回收料。
4)在385℃料筒温度下注射，注射压力为120MPa，模具温度为185℃，保温保压30秒即可成型。
实例2：
1)料筒容积是塑件和流道材料体积的2倍，采用拆开方式清洗。
2)模具材料采用马氏体铬工具钢，并进行高精度抛光。采用膜型浇口，浇口厚度是1mm，长度3mm。
3)原料在150℃干燥的最少3小时，不添加回收料。
4)在385℃料筒温度下注射，注射压力为120MPa，模具温度为185℃，保温保压30秒即可成型。
5)生产过程中断延迟时间为2小时，提高料筒温度和模具温度至第四步的要求后继续进行。
实例3：
1)料筒容积是塑件和流道等材料体积的5倍。采取融化温度为380℃的聚醚酰亚胺清洗。
2)模具材料采用铬合金工具钢，并进行高精度抛光。采用膜型浇口，浇口厚度是2mm，长度4mm。
3)原料在160℃干燥2小时，不添加回收料。
4)在395℃料筒温度下注射，注射压力为140MPa，模具温度为220℃，保温保压30秒即可成型。
5)生产中断超过3小时，清空熔胶筒，重新加料，由第一步重新开始。

Claims (3)

1.碳纤维增强聚醚醚酮保持环的注塑成型方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)注塑机准备：注塑机料筒容积应该是塑件和流道等材料体积的2～5倍，对注塑机采用拆开方式清洗；
(b)模具准备：采用耐热工具钢制作模具，并对模具进行高精度抛光；采用膜型浇口，浇口厚度是1-2mm，长度3-4mm；
(c)原料准备：碳纤维增强聚醚醚酮复合材料以塑粒料形式在150℃干燥的最少3小时或在160℃干燥2小时，不能添加二次回收料；
(d)注塑：在385℃-395℃料筒温度下注射，注射压力为120-140MPa，模具温度为185-220℃，保温保压30秒即可成型。
2.根据权利要求1的碳纤维增强聚醚醚酮保持环的注塑成型方法，其特征在于：如果生产过程中断延迟时间超过1小时，就应该再提高料筒温度和模具温度至步骤(d)的要求后继续进行；如果延迟造成聚合体停留时间超过3小时，则应该清空机器内存料，重新加入新料，由步骤(a)重新开始。
3.根据权利要求1的碳纤维增强聚醚醚酮保持环的注塑成型方法，其特征在于：步骤(a)所述的注塑机如果不能拆开，则应当采用在聚醚醚酮融化温度以上仍保持稳定的材料进行清洗，包括融化温度为380℃的聚醚砜和聚醚酰亚胺。
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