晶片雙面研拋機的製作方法

2023-06-20 05:42:51 1

專利名稱：晶片雙面研拋機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械設備，即一種晶片雙面研拋機。
背景技術：
隨著現代科學技術及產業化的發展，單晶矽晶片在電子、光學、儀器儀表、航天航 空、民用等領域獲得了日益廣泛的應用。晶片在加工過程中多要進行高精度的研磨拋光。如 大規模集成電路晶片的加工，對各加工面的平面度、粗糙度以及各面之間的平行度、厚度尺 寸公差等參數都有極高的精度要求。顯然，實現多側面同時磨拋加工，對於提高多側面形狀 和位置的精度具有重要意義。可是，目前能夠同時研磨多個側面的設備均屬於游離磨粒加 工設備，靠游離分散的磨粒作自由滑動、滾動和衝擊來完成研磨過程，這種工藝只能提升工 件的表面光潔度，不能確定各側面之間的形位關係，而且效率和精度都很低，清理切屑和磨 粒也比較麻煩，極易造成加工表面的劃傷。而能夠進行形位定量磨削的研磨拋光設備則多 為單面磨削設備，還不能同時進行雙面研磨。用這種設備研磨多個側面，需要轉換工作的角 度或反覆裝卡定位，都會形成較大的誤差。同時，現有設備在磨削過程中還會產生大量磨削 熱，加之工件夾緊方式多為點固定，受力不均，工件的表面完整性極易惡化，形狀和位置的 精度不易控制。諸此原因，使得晶片加工成本居高不下，少則佔製品總成本的30-50%，高則 達到90%，嚴重影響了晶片的廣泛應用。因此，改進晶片加工設備，提高工藝水平，降低生產 成本，是國內外同行的共同目標。發明內容本實用新型的目的是提供一種能夠同時進行雙面研磨，且加工精度高、質量好、 效率高、操作簡便、成本低廉的晶片雙面研拋機。上述目的是由以下技術方案實現的研製一種晶片雙面研拋機，包括機架和磨頭。 其特點是所說的磨頭有兩個，相對安裝在機架上，分別由不同的傳動裝置帶動旋轉，其中 至少有一個磨頭設有進給裝置，兩個磨頭之間設有工件卡緊機構。所說的磨頭有上磨頭和下磨頭，上下相對安裝在機架上，機架有兩支豎立的導 軌，導軌上各裝配一支可上下滑動的滑柱，兩滑柱上端剛連一支橫梁，橫梁中部上方裝有上 磨頭電機，上磨頭電機的動力輸出軸向下穿過橫梁並連接上磨頭；機架下部設有平臺，平臺 上面裝有下磨頭電機，下磨頭電機動力輸出軸上端裝配下磨頭，下磨頭上面設有工件卡緊 裝置；橫梁下面兩側各連接一支進給絲槓，進給絲槓下端穿過平臺，與進給齒輪的中心螺孔 相配合，進給齒輪由平臺下面的進給電機帶動。所說的下磨頭是一個由中心輪、行星齒輪和外齒圈組成的行星輪系，其中，中心輪 與下磨頭電機的動力輸出軸上端相固連，外齒圈為內齒環，其內環直徑大於中心輪的外徑， 外齒圈套裝在中心輪的外面，通過託板與支架相連；中心輪與外齒圈之間嚙合有一個或多 個行星齒輪，行星齒輪的中孔為工件卡裝口，中心輪下面裝有環狀磨片，磨片的上表面與行 星齒輪的下端面相對。所說的行星齒輪的工件卡裝口外圍開有卡簧槽，卡簧槽內配裝環狀卡簧，卡簧一端鉸鏈在槽底上，另一端外側與鉸鏈在槽底上的偏心輪狀卡鎖外周表面為自鎖配合。所說的機架上還設有自動控制裝置。所說的自動控制裝置是裝在上磨頭電機動力輸出軸上的壓力傳感器。所說的自動控制裝置是裝在橫梁下面以及下磨頭上面的的位置傳感器。本實用新型的有益效果是能夠在工件的一次裝夾中實現晶片的雙面磨削，提高 加工面之間的平行度和厚度尺寸精度；行星輪安裝方便，可同時加工多個工件；工件表面 加工紋理軌跡雙向交叉，沒有方向一致且相互重合的紋理，去屑力強而均勻，表面平整度 高；採用環狀卡具，適於大小不同的工件，而且施力均勻，避免工件的裝夾變形；裝有在線 檢測裝置，實行自動控制，提高加工效率和工件表面質量。

圖1是一種實施例的主視圖；圖2是這種實施例的俯視圖；圖3是這種實施例的仰視圖；圖4是這種實施例的部件下磨頭總成的放大主視圖；圖5是這種實施例的部件下磨頭總成的放大俯視圖；圖6是這種實施例的部件行星輪的放大主視圖；圖7是這種實施例的部件行星輪的放大俯視圖；圖8是這種實施例的部件卡簧的放大主視圖；圖9是這種實施例的部件卡簧的放大俯視圖；圖10是這種實施例的部件行星輪與卡簧的裝配主視圖；圖11是這種實施例的部件行星輪與卡簧的裝配俯視圖；圖12是這種實施例的部件行星輪裝卡工件的剖面圖。圖中可見機架1，導軌2，滑柱3，橫梁4，上磨頭電機5，壓力傳感器6，位置傳感器 7，上磨頭8，下磨頭9，絲槓10，平臺11，下磨頭電機12，進給電機13，進給齒輪14，支架15， 託板16，磨片17，底板18，中心輪19，行星齒輪20，外齒圈21，工件22，卡簧23，工件卡裝口 24，卡簧槽25，卡鎖26。
具體實施方式
本實用新型總的構思是採用兩個相對安裝的磨頭，同時對工件兩側進行磨削，從 而提高加工精度和加工效率。下面僅介紹一種實施例如圖1、2、3所示，這種設備的機架上面左右各有一個豎立的導軌2，導軌2裡面各 配裝一支滑柱3，兩個滑柱3的上端支撐一支橫梁4，橫梁4中上方裝有一個上磨頭電機5， 電機5的動力輸出軸向下過橫梁4裝配一個上磨頭8，機架1的下部有一個平臺11，平臺11 上面裝有一個下磨頭電機12，下磨頭電機12的動力輸出軸上端裝配一個下磨頭9。在橫梁 4的下面兩側各有一根絲槓10，絲槓10向下穿過平臺11配插在進給齒輪14的中心螺孔裡 面。進給齒輪14由進給電機13通過變速齒輪帶動。此外，在上磨頭電機5的動力輸出軸 下部裝有一個壓力傳感器6，在橫梁4的下面裝有一個位置傳感器7。結合圖4、5可知下磨頭9是一個行星輪系。行星輪系的中心是由下磨頭電機12的動力輸出軸支撐的中心輪19，外圍是由支架15和託板16共同支撐的外齒圈21，中心輪19 與外齒圈21之間可配裝一個或多個行星齒輪20。結合圖6、7可見行星齒輪20的中孔是 插裝工件22的工件卡裝口 24，中孔外圍開有大半圈的卡簧槽25，卡簧槽25裡面配有一個 卡簧23。結合圖8、9可見，卡簧23是一個大半圓形的鋼片，一頭有孔，可通過銷軸鉸鏈在 卡簧槽25的槽底上，另一頭呈魚尾狀，其外側恰與一個卡鎖26相配合。卡鎖26上面有軸 孔和扳孔，軸孔處於偏心位置，可通過轉軸使卡鎖26與槽底相鉸鏈，扳孔可插入專用扳手。 結合圖10、11、12可見，工件22裝入工件卡裝口 24，向內扭轉偏心輪狀的卡鎖26，即可內推 卡簧23壓緊工件22，同時卡簧23和卡鎖26的接觸面形成自鎖，不易放鬆。當工件加工完 畢，反向扭動扳手，卡簧23張開，即可取出工件22。圖4、5還可看到中心輪19的下面固連一層底板18，底板18上面開有環形凹槽， 槽內裝有環形磨片17，環形磨片17與行星齒輪20的工件卡裝口 24相對且有一定的間隙。 結合圖12可見，工件裝入卡裝口 24時，其上下端面均突出與中心輪的上下端面，這樣，工件 即可與磨片接觸進行研磨，而行星齒輪20則不能磨損。根據行星輪系的特點可知工件在受到某一旋向磨削的同時，本身也在按相同方 向或相反方向旋轉。反方向旋轉研磨效果不言而喻，即使同方向旋轉，由於轉速相差很大， 也能夠受到研磨。因此，無論在何種情況下，工件表面上的加工軌跡都不是一種單向的弧 線，而是兩種反向交叉的弧線。這種軌跡說明工件同時受到兩個相反方向的磨削，相當於反 復磨削，且沒有方向一致和重合的加工紋理，表面質量和加工精度明顯提高，而且去屑效果 強於單向磨削，因而在微小進給的情況下仍能獲得有效的去屑效果，所以非常適合晶片的 高精度研拋工藝。由於加工精度要求高，超出了人力操作所能達到的範圍，因此，在這種設備上裝配 了自動控制系統。自動控制系統包括位置傳感器7和壓力傳感器6。位置傳感器7由裝在 橫梁4下面的雷射發射器和裝在下磨頭上面的雷射接收器組成。壓力傳感器6採用聲波發 射傳感器，裝在上磨頭電機5的動力輸出軸下端。作業時，當上磨頭沒有接觸工件或壓力不 足時，聲波發射傳感器對聲音信號進行處理後，向下面的進給電機13發出進給指令，使磨 頭與工件壓緊。由於行星齒輪20可上下浮動，工件對下磨頭的壓力平時靠自重產生，在上 磨頭向下壓緊時，工件兩側壓力相等。當工件加工完畢，位置傳感器7的雷射發射器和接收 器把所測得的距離信號傳遞給進給電機13，令其停止並反轉，絲槓10和進給齒輪14螺孔配 合推頂上磨頭8上行，即可取下工件。
權利要求一種晶片雙面研拋機，包括機架和磨頭，其特徵在於所說的磨頭(8、9)有兩個，相對安裝在機架(1)上，分別由不同的傳動裝置帶動旋轉，其中至少有一個磨頭設有進給裝置，兩個磨頭之間設有工件卡緊機構。
2.根據權利要求1所述的一種晶片雙面研拋機，其特徵在於所說的磨頭有上磨頭(8) 和下磨頭(9)，上下相對安裝在機架(1)上，機架(1)有兩支豎立的導軌(2)，導軌(2)上各 裝配一支可上下滑動的滑柱(3)，兩滑柱(3)上端剛連一支橫梁(4)，橫梁(4)中部上方裝 有上磨頭電機(5)，上磨頭電機(5)的動力輸出軸向下穿過橫梁⑷並連接上磨頭⑶；機 架(1)下部設有平臺(11)，平臺(11)上面裝有下磨頭電機(12)，下磨頭電機(12)的動力 輸出軸上端裝配下磨頭(9)，下磨頭(9)上面設有工件卡緊裝置；橫梁(4)下面兩側各連接 一支進給絲槓(10)，進給絲槓(10)下端穿過平臺(11)，與進給齒輪(14)的中心螺孔相配 合，進給齒輪(14)由平臺(11)下面的進給電機(13)帶動。
3.根據權利要求2所述的一種晶片雙面研拋機，其特徵在於所說的下磨頭(9)是一 個由中心輪(19)、行星齒輪(20)和外齒圈(21)組成的行星輪系，其中，中心輪(19)與下 磨頭電機(12)的動力輸出軸相固連，外齒圈(21)為內齒環，其內環直徑大於中心輪(19) 的外徑，外齒圈(21)套裝在中心輪(19)的外面，通過支架(15)與機架(1)相連；中心輪 (19)與外齒圈(21)之間有一個或多個行星齒輪(20)，行星齒輪(20)的中孔為工件卡裝口 (24)，中心輪(19)下面裝有環狀磨片(17)，磨片(17)的上表面與行星齒輪(20)的下端面 相對。
4.根據權利要求3所述的一種晶片雙面研拋機，其特徵在於所說的行星齒輪的工件 卡裝口(24)外圍開有卡簧槽(25)，卡簧槽(25)內配裝環狀卡簧(23)，卡簧(23) —端鉸鏈 在卡簧槽(25)槽底上，另一端外側與鉸鏈在卡簧槽(25)槽底上的偏心輪狀卡鎖(26)的外 周表面為自鎖配合。
5.根據權利要求1所述的一種晶片雙面研拋機，其特徵在於所說的機架(1)上還設 有自動控制裝置。
6.根據權利要求5所述的一種晶片雙面研拋機，其特徵在於所說的自動控制裝置是 裝在上磨頭電機(5)動力輸出軸上的壓力傳感器(6)。
7.根據權利要求6所述的一種晶片雙面研拋機，其特徵在於所說的壓力傳感器(6) 是一種聲波發射傳感器。
8.根據權利要求5所述的一種晶片雙面研拋機，其特徵在於所說自動控制裝置是裝 在橫梁(4)下面以及下磨頭(9)上面的位置傳感器(7)。
9.根據權利要求8所述的一種晶片雙面研拋機，其特徵在於所說的位置傳感器(7) 是一種雷射發射器和接收器。
專利摘要本實用新型涉及一種機械設備，即一種晶片雙面研拋機，包括機架和磨頭，其特徵在於所說的磨頭有兩個(8、9)，相對安裝在機架(1)上，分別由不同的傳動裝置帶動旋轉，其中至少有一個磨頭設有進給裝置，兩個磨頭之間設有工件卡緊機構。有益效果是能夠實現雙面磨削，提高加工面之間的平行度和距離精度；行星輪安裝方便，可同時加工多個工件；工件表面加工軌跡雙向交叉，去屑力強而均勻，表面平整度高；採用環狀卡具，適於大小不同的工件，而且施力均勻，避免工件的裝夾變形；裝有在線檢測裝置，實行自動控制，提高加工效率和表面質量。
文檔編號B24B37/04GK201693450SQ201020224368
公開日2011年1月5日 申請日期2010年5月31日 優先權日2010年5月31日
發明者劉爽爽, 劉龍凱, 彭彩浩, 徐兆亭, 李長河, 王志國 申請人:青島理工大學