当今社会是信息网络的时代,人们越来越离不开集成电路(IC)的使用,硅片作为优异的芯片衬底材料被大量应用于IC产业中。在制造芯片的初始阶段,硅片加工是非常重要的环节,特别是对直径较大的硅片来讲,进行高质量的硅片平整化处理,与常用的研磨加工方式进行比较,超精密磨削能产生更好的效益,其中,采用杯型金刚石砂轮来实现自旋转磨削处理是一种典型的超精密磨削加工方式。对硅片自旋转精密磨削加工方式而言,砂轮与硅片直接接触,是极其关键的加工工具,砂轮性能对硅晶片的加工质量与加工成本起到了决定性作用。开展硅片精密磨削用金刚石砂轮磨损的研究,有助于优化砂轮性能,提高硅片精密磨削技术水平,对促进IC产业领域的发展具有重要意义。本文由砂轮与硅片微观接触作用理论分析入手,通过微观接触仿真分析与砂轮表面建模分析,以及磨削实验与观测验证,研究了硅片精密磨削中基于力的金刚石砂轮接触磨损情况。首先,在硅片稳定磨削的过程中抽取出砂轮微单元与硅片的微观接触,设定假设条件,构建出微观接触理论力学模型。分解该模型的接触力,在法向上,运用接触力学理论对弹性与塑性接触作用的不同阶段均进行了分析,获得了硅片上相应的载荷,并与单颗粒压痕文献数据进行验证,同时也获得了硅片与砂轮微单元上相应的应力分布情况。在切向上,运用微观摩擦理论分析得出了滑动摩擦力,叠加法向载荷对弹性与塑性接触作用的不同阶段均进行合成分析,获得了微接触过程中硅片与砂轮微单元上相应的应力分布情况。根据应力分布情况,定性分析了接触过程中砂轮会出现磨损的相应形式。其次,对砂轮与硅片的微观接触进行简化,建立了三维三体仿真模型,采用显式非线性有限元分析软件LS-DYNA对自旋转磨削微观作用过程进行了模拟,对作用过程中硅片与砂轮微单元的应力应变情况进行了有限元分析,并与单颗粒压划痕实验结果进行对照,验证了模型的有效性。结果表明:硅片受到外力作用后,在弹性转塑性、塑性转弹性的过程中,硅片材料存在临界位移和载荷;在硅片的塑性区域,切向滑动时,硅片表面会形成沟槽与塑性隆起,属延性域加工。以仿真应力数据为依据,可判断砂轮微单元的磨损形式:在按照实际磨削参数设置的模拟条件下,砂轮微单.元中的磨粒只会产生磨耗磨损;当砂轮微单元中结合剂断裂强度低于其内部应力的临界值时,极易形成磨粒脱落磨损;结合剂的弹性模量会对结合剂上破裂产生的位置造成一定的影响。再次,依据宏观砂轮磨粒随机概率分布情况,对砂轮表面形貌进行了相应的简化建模,并与实际砂轮的观测结果进行了特征参数对比验证,分析了模型在不同切深下的有效磨粒数,叠加其相应砂轮微单元受力的微观仿真数据,综合分析了在硅片精密磨削过程中宏观砂轮会出现的磨损情况。分析结果表明:在目前仿真的磨削参数条件下,宏观砂轮上的磨粒不会产生破裂,只存在磨粒磨耗磨损;结合剂的断裂强度若太小,当小于产生的内部最大应力临界值时,结合剂界面上容易产生破裂,形成磨粒脱落磨损。最后,针对理论与仿真的分析进行了硅片磨削实验对照,通过杯型金刚石砂轮磨削力实验与硅片自旋转磨削实验及相应的砂轮表面形貌观测,研究瞬时磨削力的变化情况及磨削参数对磨削力的影响规律,分析不同磨削阶段影响硅片表面质量形成的磨削力阈值和磨削前后的砂轮表面形貌对比,以及不同磨削阶段的自旋转磨削硅片去除机理,获得了磨削过程中磨削力与硅片表面质量和砂轮磨损间的影响关系,验证了磨削磨损的理论与仿真分析。分析表明:实验条件下产生的磨削力不足以使砂轮表面产生大面积的磨粒脱落磨损,主要产生的磨损形式是磨屑粘附磨损。本文从硅片自旋转精密磨削过程着手,基于力的作用条件,针对砂轮磨削磨损情况展开实验探究和理论仿真分析,实验结果和理论分析保持一致。砂轮磨削磨损研究是砂轮制备与磨削性能研究间的纽带,研究结论为硅片精密磨削所用砂轮的制备与选用,提高砂轮性能与质量提供理论依据。