تقنية تلميع فائقة الدقة، ليست سهلة!

لقد رأيت مثل هذا التقرير منذ فترة طويلة: قضى علماء من ألمانيا واليابان ودول أخرى 5 سنوات وأنفقوا ما يقرب من 10 ملايين يوان لإنشاء كرة مصنوعة من مادة السيليكون 28 عالية النقاء. تتطلب كرة السيليكون النقي التي يبلغ وزنها 1 كجم تصنيعًا فائق الدقة، وطحن وتلميع، وقياس دقيق (الكروية، والخشونة، والجودة)، ويمكن القول إنها الكرة الأكثر استدارة في العالم.

دعونا نقدم عملية التلميع فائقة الدقة.

01 الفرق بين الطحن والتلميع

الطحن: باستخدام جزيئات كاشطة مطلية أو مضغوطة على أداة الطحن، يتم الانتهاء من السطح عن طريق الحركة النسبية لأداة الطحن وقطعة العمل تحت ضغط معين. يمكن استخدام الطحن لمعالجة المواد المعدنية وغير المعدنية المختلفة. تشمل أشكال الأسطح المعالجة الأسطح المستوية والأسطوانية والمخروطية الداخلية والخارجية والأسطح الكروية المحدبة والمقعرة والخيوط وأسطح الأسنان وغيرها من الملامح. يمكن أن تصل دقة المعالجة إلى IT5~IT1، ويمكن أن تصل خشونة السطح إلى Ra0.63~0.01μm.

التلميع: طريقة معالجة تقلل من خشونة سطح قطعة العمل عن طريق إجراء ميكانيكي أو كيميائي أو كهروكيميائي للحصول على سطح لامع وناعم.

والفرق الرئيسي بين الاثنين هو أن تشطيب السطح الذي يتم تحقيقه عن طريق التلميع أعلى من الطحن، ويمكن استخدام الطرق الكيميائية أو الكهروكيميائية، بينما يستخدم الطحن بشكل أساسي الطرق الميكانيكية فقط، ويكون حجم الحبوب الكاشطة المستخدم أكثر خشونة من تلك المستخدمة في تلميع. أي أن حجم الجسيمات كبير.

02 تقنية تلميع فائقة الدقة

التلميع فائق الدقة هو روح الصناعة الإلكترونية الحديثة

إن مهمة تقنية التلميع فائقة الدقة في صناعة الإلكترونيات الحديثة لا تتمثل فقط في تسطيح المواد المختلفة، ولكن أيضًا تسطيح المواد متعددة الطبقات، بحيث يمكن لرقائق السيليكون التي تبلغ مساحتها بضعة مليمترات مربعة أن تشكل عشرات الآلاف من VLSI المكونة من ملايين من الترانزستورات. على سبيل المثال، تغير الكمبيوتر الذي اخترعه الإنسان من عشرات الأطنان إلى مئات الجرامات اليوم، وهو أمر لا يمكن تحقيقه دون صقل فائق الدقة.

إذا أخذنا تصنيع الرقاقات كمثال، فإن التلميع هو الخطوة الأخيرة في العملية برمتها، والغرض من ذلك هو تحسين العيوب الصغيرة التي خلفتها العملية السابقة لمعالجة الرقاقات للحصول على أفضل توازي. يتطلب مستوى صناعة المعلومات الإلكترونية الضوئية اليوم المزيد والمزيد من متطلبات التوازي الدقيقة للمواد الأساسية الإلكترونية الضوئية مثل الياقوت والسيليكون البلوري الأحادي، والتي وصلت إلى مستوى النانومتر. وهذا يعني أن عملية التلميع دخلت أيضًا مستوى الدقة الفائقة للنانومتر.

ما مدى أهمية عملية التلميع فائقة الدقة في التصنيع الحديث، يمكن أن تفسر مجالات تطبيقها المشكلة بشكل مباشر، بما في ذلك تصنيع الدوائر المتكاملة والمعدات الطبية وقطع غيار السيارات والملحقات الرقمية والقوالب الدقيقة والفضاء.

لا يتقن سوى عدد قليل من البلدان مثل الولايات المتحدة واليابان تكنولوجيا التلميع الأعلى

الجهاز الأساسي لآلة التلميع هو "قرص الطحن". للتلميع فائق الدقة متطلبات صارمة تقريبًا فيما يتعلق بتركيبة المواد والمتطلبات الفنية لقرص الطحن في آلة التلميع. هذا النوع من الأقراص الفولاذية المصنعة من مواد خاصة يجب ألا يلبي دقة مستوى النانو للتشغيل الأوتوماتيكي فحسب، بل يجب أن يكون له أيضًا معامل تمدد حراري دقيق.

عندما تعمل آلة التلميع بسرعة عالية، إذا تسبب التمدد الحراري في تشوه حراري لقرص الطحن، فلا يمكن ضمان التسطيح والتوازي للركيزة. وهذا النوع من خطأ التشوه الحراري الذي لا يمكن السماح بحدوثه لا يبلغ بضعة ملليمترات أو بضعة ميكرونات، بل بضعة نانومترات.

في الوقت الحاضر، يمكن لعمليات التلميع الدولية الكبرى مثل الولايات المتحدة واليابان أن تلبي بالفعل متطلبات التلميع الدقيقة للمواد الخام الأساسية مقاس 60 بوصة (وهي كبيرة الحجم). بناءً على ذلك، فقد أتقنوا التكنولوجيا الأساسية لعمليات التلميع فائقة الدقة واستحوذوا بقوة على المبادرة في السوق العالمية. . وفي الواقع، فإن إتقان هذه التكنولوجيا يتحكم أيضًا في تطور صناعة تصنيع الإلكترونيات إلى حد كبير.

وفي مواجهة مثل هذا الحصار التقني الصارم، في مجال التلميع فائق الدقة، لا يمكن لبلادي سوى إجراء بحث ذاتي في الوقت الحاضر.

ما هو مستوى تكنولوجيا التلميع فائقة الدقة في الصين؟

في الواقع، في مجال التلميع فائق الدقة، لا تخلو الصين من الإنجازات.

في عام 2011، فازت "المواد القياسية لحجم جسيمات أكسيد السيريوم الدقيقة وتكنولوجيا تحضيرها" التي طورها فريق الدكتور وانغ تشي من المركز الوطني لعلوم النانو التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، بالجائزة الأولى لصناعة البترول والكيماويات الصينية جائزة الاتحاد للاختراع التكنولوجي، والمواد القياسية لحجم الجسيمات النانوية ذات الصلة. تم الحصول على ترخيص أداة القياس الوطنية وشهادة المادة القياسية الوطنية من الدرجة الأولى. لقد تجاوز تأثير اختبار إنتاج التلميع فائق الدقة لمادة أكسيد السيريوم الجديدة المواد التقليدية الأجنبية بضربة واحدة، مما سد الفجوة في هذا المجال.

لكن الدكتور وانغ تشي قال: “هذا لا يعني أننا صعدنا إلى قمة هذا المجال. بالنسبة للعملية الشاملة، لا يوجد سوى سائل تلميع ولكن لا توجد آلة تلميع فائقة الدقة. على الأكثر، نحن نبيع المواد فقط”.

في عام 2019، ابتكر فريق البحث التابع للبروفيسور Yuan Julong من جامعة Zhejiang للتكنولوجيا تكنولوجيا المعالجة الميكانيكية الكيميائية الكاشطة شبه الثابتة. تم إنتاج سلسلة آلات التلميع التي تم تطويرها بكميات كبيرة بواسطة شركة Yuhuan CNC Machine Tool Co., Ltd.، وقد تم تحديدها على أنها زجاج iPhone4 وiPad3 بواسطة Apple. إنها معدات التلميع الدقيقة الوحيدة في العالم لتلميع الألواح وسبائك الألومنيوم، حيث يتم استخدام أكثر من 1700 آلة تلميع في الإنتاج الضخم للألواح الزجاجية لأجهزة iPhone وiPad من Apple.

يكمن سحر المعالجة الميكانيكية في هذا. من أجل متابعة حصة السوق والربح، عليك أن تبذل قصارى جهدك للحاق بالآخرين، وسوف يقوم قائد التكنولوجيا دائمًا بالتحسين والتحسين، ليكون أكثر دقة، للمنافسة واللحاق باستمرار، وتعزيز التطور الكبير التكنولوجيا البشرية.