包括粗粒度和細粒度樹脂粘結部的磨床磨杆的製作方法
2023-07-29 18:08:01 4
專利名稱：包括粗粒度和細粒度樹脂粘結部的磨床磨杆的製作方法
技術領域：
本發明涉及磨床和用於這種工具機的磨輪，所述磨輪用來在諸如構成半導體裝置的矽晶片之類的圓片邊緣上磨削切口，還涉及用來磨削這種圓片邊緣區域以便在其中形成切口的方法。由於切口對於晶片尺寸而言具有相對的較小的尺寸，用來形成這種切口的磨輪通常被稱作磨杆。
背景技術：
在WO97/48522中披露一種用來磨削圓片的磨床，現結合於此作為參考。WO97/48522披露在用一種較軟的樹脂粘結硬質合金(CBN)輪來精磨一諸如半導體晶片之類的圓片邊緣之前，先在一磨床上使用一金屬粘結CBN或金剛石輪來粗磨該圓片邊緣，它還進一步描述用來成形和再成形該樹脂粘結CBN磨輪內的一溝槽以便圍繞該圓片邊緣磨製出正確形狀的現場技術。
該工具機還包括一個小直徑磨杆，它用來圍繞被磨削圓片邊緣磨削一預定比例的切口。
英國專利申請No.2335620披露一種例如用於WO97/48522中描述的工具機中的切口磨削磨杆，該磨杆具有一足夠長的圓柱區域，以致於能形成用來生成切口的一系列成形溝槽，由此當一個這樣的溝槽變得過度磨損而不能進一步使用時在該磨杆中還能形成一個或更多個另外的溝槽。在該說明書中描述的銷實施例是一種磨杆，它具有一沿軸向較接近磨杆心軸的金屬粘結金剛石區段以及一沿軸向遠離磨杆心軸的樹脂粘結可成形區段。在使用中，在金屬粘結區段內的一溝槽用來粗磨切口，而在樹脂粘結可成形區段內形成的一溝槽用來精磨切口。
上文所述磨杆結構的問題是在於金屬粘結和樹脂粘結區段的對準問題。
發明內容
根據本發明的一個方面，一種用於切口磨削的磨杆，它包括一個圓柱區域，所述圓柱區域足夠長以便分別在多個沿該圓柱區域軸向隔開區段內形成至少兩個成形溝槽，其中軸向遠離磨杆心軸的區段是用來粗磨切口的粗粒度樹脂粘結區段，而較接近磨杆心軸的區段是用來精磨切口的細粒度樹脂粘結區段。
本發明克服了用於粗和精磨切口的相應區段的對準問題，這是因為能使用安裝在同一工具機上的同一個溝槽修整或成形輪來成形兩個或所有溝槽。
最好是，用來粗磨切口的磨料尺寸是在用來精磨切口的磨料尺寸的兩至三倍之間。
圓柱磨料的粗磨和精磨區段中的每一個或兩者，但尤其是後者，當第一溝槽變得過度磨損而不能使用時要足夠長以便依次成形的一個或多個另外的溝槽。
本發明還涉及一種具有一工作主軸、一磨削主軸以及一成形輪的磨床，最好是一種CNC磨床，所述磨削主軸能安裝一上文所述磨杆用的坯件並且該坯件具有一粗粒度區段和一細粒度區段，而成形輪可以旋轉以便在粗粒度區段內形成一切口粗磨溝槽以及在細粒度區段內形成一切口細磨溝槽。
因此本發明還涉及一種在上文所述磨床上成形切口粗磨溝槽和切口精磨溝槽的方法。
成形輪可與工件安裝在同一主軸上。
磨削材料在粗磨區段情況下可以是樹脂粘結的粗粒度CBN或金剛石，而在精磨區段情況下是樹脂粘結的細粒度金剛石。
在此使用的術語「樹脂粘結」包括用一種玻璃質材料粘結。
應該指出，與英國專利說明書No.2335620圖7的披露相反，其中使用樹脂粘結區段代替金屬粘結區段，而且最好是用於較接近磨杆心軸的精磨的區段，即磨杆剛性較強區段。
現在參照附圖，用舉例的方法描述本發明，其中圖1為一臺磨床從使用者通常站立的側面觀察的不按比例的透視圖，該磨床裝有一安裝在一主軸上的可成形磨杆；圖2為圖1所示工具機從使用者通常站立的側面觀察的不按比例側視圖，並表示一子配件；圖3為圖1和2所示工具機的端視圖；圖4為該工具機子配件端部的放大比例並局部剖出側視圖；
圖5為可成形磨杆的透視圖；以及圖6為帶有一第一溝槽和一第二溝槽的可成形銷的不按比例透視圖，所述第一、第二溝槽分別用於切口粗磨和切口精磨。
具體實施例方式
圖1、2和3附圖描述用於矽或其他材料圓片(晶片)切口磨削的整個工具機站的一部分。
圖1至3所示工具機包括一控制櫃10，從其延伸出一工具機底座12，底座12上載有一裝在三個減振支腳上的浮動平臺14，三個支腳中的一個如圖1標號16所示，其第二部分18對中安裝在基座區22的前方並且在圖1中用虛線線條示出，而第三個如圖3標號20所示。
平臺14包括一承載一工作檯24的整體支承結構或者說基座22，所述工作檯可沿著安裝在基座22上表面上的滑道26軸向滑動，而且包括一主軸驅動馬達28和一用來攜帶磨削晶片的真空吸盤30。
邊緣磨削藉助於一磨輪32來完成，該磨輪含有如同34這樣的多個環狀溝槽，它們用來接合在圖2中以36標出的一晶片工件的邊緣。
承載在支承組件38內的磨輪主軸(未示出)由一電動馬達40驅動旋轉。
部件38和40安裝在一總體標號為42的支架上，支架42接近平臺14中心線地安裝在一剛性加強板44的一側，該加強板用螺栓穿過凸緣沿其底部擰緊在平臺14上並且在其上端用螺栓穿過另一凸緣46擰緊在工具機基座22上。板44的功能是增加平臺14相對於基座22的剛度並抵抗可能以其他方式導入的橫向震動。
第二支架48與板44等距並位於其另一側，它裝有一滑道50，滑道50上安裝一帶有一切口磨削主軸57的第二主軸驅動器52，主軸57的一端具有一切口磨杆以及一臺相關的主軸馬達55。
主軸驅動器52的軸向運動由一驅動裝置54(見圖2)提供。主軸驅動器52還能用來磨削環形圓片的內直徑。
工作檯邊緣磨削主軸和切口磨削主軸安裝在多個空氣軸承中，而且工作檯主軸通常具有每分鐘2至1000轉的速度範圍，邊緣磨削主軸通常具有高達每分鐘6,000轉的速度範圍，而切口磨削主軸53的速度通常為每分鐘高達70,000轉。
從圖2的56和58處可清楚看出的多個成形輪安裝在吸盤30後方的工作檯主軸上。沿著圖2中箭頭60的方向轉位工作檯24使得工件圓片36由磨輪32的溝槽之一例如34接合，而沿著箭頭60方向的進一步運動使得圓片36越過該磨輪組件的端面62並使得成形輪56或58接合在磨輪32的適當溝槽中。
磨輪或者切口磨削器在需要時的橫向運動是通過相對於平臺14傾斜支架結構42和48至適當程度來完成。為此，結構42和48兩者可樞轉地連接到平臺14的接近中心線處，並且分別由兩個擋塊64和66(見圖3)來阻止過量的向外運動。
該樞轉由多個彎曲件(將在下面描述)提供，所述彎曲件使得樞轉運動圍繞接近平臺14中心線的兩根平行軸線進行，因而結構42能如同用箭頭68所示作小弧線運動，而結構48能如參考標號70表示作弧線運動。
用來完成樞轉的驅動裝置將參照後面的幾個圖進行描述。
連接在基座22上的是透明聚碳酸酯線性外罩72，磨輪主軸從其中穿過。在外罩72表面上的一大的、通常呈橢圓形的開口74使得安裝在工作檯24上的一類似形狀封蓋76在工作檯24沿著前述箭頭60方向適當地向前運動時進入並封住開口74。
一圍繞封蓋76(或者作為選擇圍繞開口74的內唇部)的可脹大環形密封件78在封蓋76和開口74之間提供嚴密的流體密封。
外罩72可相對於基座22滑動，而且在主軸驅動器38和52之間提供波紋管密封件80和82，因而在封蓋76和開口74之間已進行密封之後，外罩72實際上能與工作檯組件24一起軸向移動。在波紋管後部提供足夠的間隙以便允許外罩72沿箭頭60方向以連續指向移動，從而允許磨輪上形成多個溝槽。波紋管80和82還能調整沿相反指向的移動，因而閉合的外罩72也能跟隨沿著與箭頭60相反指向移動的工作檯24，以便使得圓片36的邊緣由磨削溝槽之一例如34接合。
冷卻劑流體通過噴嘴84和86噴射到工件上，而且設置類似的噴嘴在需要時將類似的流體噴射到成形輪上。設置一連鎖裝置，如果外罩72沒有被封蓋76關閉和密封，該連鎖就阻止噴射冷卻劑流體。
在磨削操作完成後並用流體進行最終洗滌之後，能用脹大邊緣密封件78並沿著與箭頭60方向相反的方向收回工件臺24到圖2所示位置打開外罩72。然後可卸下已完工工件36和裝上一新工件。磨輪成形/修整起初，磨輪成形可在已安裝任何工件之前執行，在這種情況下，外罩72在不首先在吸盤30上安裝工件例如36的狀態下通過工作檯24和封蓋76的適當運動關閉。磨輪成形由工作檯24的適當軸向運動和支架42的橫向運動實施，因此每個溝槽，例如溝槽34，由適當的成形輪例如56或58接合。在輪成形作業期間提供冷卻劑流體。
在磨輪初期成形之後，該組件可通過如前文所述使密封件78失效來分離。在安裝一工件36之後，該組件能重新關閉和如前文所述地進行磨削。
溝槽再成形通常於工具機停機期間在一工件已被取走之後和後繼工件安裝之前進行，在工具機的一變型中，其中工件36的邊緣形狀檢驗在工作檯上現場進行，使得工件在原位再成形是十分有利的。
切口如果工件要進行切口，支架42就作橫向運動使得磨輪與該工件脫離，相反支架48橫向運動以便用切口磨杆53接合工件36的邊緣。在切口作業之後，支架48沿著一相反指向運動，因而使磨杆離開工件。
磨光在一種可選擇的布置中，可在磨輪主軸和溝槽磨削輪上安裝一磨光輪，並藉助於工件主軸的軸向移動，使磨光輪能與工件36的邊緣接合。
一種用來沿著滑道26移動工作檯24的驅動裝置設在88處。
如圖3所示，一排出管90將流體從外罩72輸送到貯槽92中，而設置一泵(未示出)循環來自貯槽的流體。在貯槽中或在貯槽和泵之間的管道中可設置一過濾器。
控制櫃10包括一電視顯示器94和鍵盤96，還有一手持控制裝置98，該裝置通過跨線100連接到連接插頭102上。操作者能摘下裝置98並且手持裝置98走到工具機前，並通過按動適當的按鈕來啟動和停止工具機的作業。櫃10容納一計算機控制系統，該控制系統用來給工具機上的驅動器供應控制信號和電力，還用來接收來自轉換器、開關和工具機上其他位置/操作/接觸等信號產生傳感器的信號。
預加載工作檯在其上滑動的滑道26，工作檯由伺服馬達驅動並裝備一高解析度位置編碼器以便在軸線運動插入期間提供平穩的運動。
如上文所述，磨削橫向進給用下述方法完成根據需要傾斜結構42或48以便使上面承載的磨削構件進入與工件36邊緣接合的狀態。儘管此運動並非真正線性而是呈弧形，這能內容納在櫃10中的控制系統產生的控制信號調整。
在噴嘴例如84和86能用來在磨削期間供應切削流體的同時，它們或者其他噴嘴還能用來直接噴射清洗流體到磨削後仍在旋轉的晶片的懸的凸出部伸。這能防止在從吸盤上取下晶片時磨屑從晶片背面滑落。
磨削過程邊緣通常在一個兩級過程中磨削，所述兩級過程利用一插入磨削粗加工操作以及一第二插入磨削精加工操作過程，後者包括一磨輪快速進給直到一接觸傳感器探測出與工件晶片接觸為止。在接觸時的磨輪軸線位置用來監控磨輪磨損從而保證每次精切削操作過程磨下的材料保持不變。磨輪形狀可通過使用永久地安裝在工作檯吸盤上的金屬粘結金剛石成形輪來保持。該再成形過程可完全自動化並編程以便每到第n個晶片實施，或者每逢磨削邊緣輪廓變為不可接受(由圓片邊緣形狀的光學檢測來確定)或當接觸點指示磨輪過度磨損時實施。
減振為了使不符需要的振動及其導致的磨削損傷減至最小，構成該磨床的結構件特別是基座22和底座12並且如果需要還有平臺14的部分至少部分地充填聚合物混凝土部分。
子配件安裝圖4描述結構42和48如何安裝成用來進行的鉸接運動，以便允許磨輪橫向進給。如圖4所示，兩結構42和48的內部邊緣藉助於多個彎曲件(有時被稱作狹片鉸鏈)連接到平臺14上，彎曲件之一用104表示。第二對彎曲件設置成朝向結構42和48的接近工具機基座22的另一端部。
在彎曲件102和104允許結構42和48圍繞軸線傾斜的同時，不容易使得結構42和48圍繞任何其他軸線相對於平臺14作任何其他運動。因此，結構42和48與平臺14的連結除了圍繞彎曲件鉸接軸線之外在所有方向都是剛性十足的。
凸輪傳動圖4是該工具機端部的側視圖，比例稍微縮小。正如其他視圖一樣，它被顯示為局部剖出，以便顯示總體標號為114並作用在結構48上的凸輪傳動機構。在該傳動裝置的側面有一個系留墊圈112。
圖4還顯示在支架48基座上的兩個彎曲件，外側的一個標號為104而內側的一個標號為118。
如上文所述，每個凸輪傳動機構安裝在一剛性罩殼110中，而從圖4中可更加清楚地看出，罩殼110通過一水平支承120用螺栓緊固在一從基座22伸出的板上。
在圖4中還可看到用來驅動吸盤122的馬達55，切口磨削主軸124從吸盤122中伸出。馬達55承載在一相對於圖1所描述的殼體52內，而且殼體52沿著一所述的滑道50滑動。
圖4還顯示將殼體52密封連接到外罩72開口上的波紋管密封82，馬達55和載有磨杆53的主軸57就從該開口伸出。
現在結合圖5和6更加詳細地討論圖2所示的切口磨杆53。
圖5所示的可成形圓柱體磨杆53由一直徑更小的圓柱形金屬心軸130和芯子132承載，所述芯子132用來裝配到一磨床的主軸(未示出)上。圓柱體磨杆53具有大約4mm直徑和10mm徑向長度，其中由同一成形輪現場形成第一和第二溝槽140、142(圖6)。
該磨杆由樹脂粘結的金剛石、樹脂粘結的磨料或玻璃體粘結的材料製成。
參見圖5，可以看出磨杆53的圓柱表面分成兩個區段，即更加靠近磨杆心軸130的細粒度區段160和遠離磨杆心軸130的粗粒度區段162。粗粒度的尺寸為細粒度的兩至三倍。而且，從圖6可以看出，第一溝槽140在粗粒度區段162中形成。在使用中，這個溝槽140用來粗磨削一切口。而用來精磨削切口的第二溝槽142在更加接近磨杆心軸130因而剛性更大的銷細粒度區段160中形成。
在使用中，在第一進給期間，粗切口磨削溝槽140與一固定的半導體圓片(未示出)邊緣內的預加工切口接觸以便粗磨該切口。在第二進給期間，切口精磨削溝槽142與該圓片接觸以便精磨該切口。磨杆可大約以每分鐘30,000轉或者更多的速度旋轉，作為磨削之用。
溝槽140和142具有同樣的溝槽形狀，而且它們彼此的軸向位置精確已知。因此在精磨進給期間的切削力是不變的，這能提高表面光潔度和切口外形的一致性。
實際上粗磨溝槽140除去切口材料的大約90％，而精磨溝槽142除去餘下部分。磨輪和圓片兩者在這一作業期間運動，因而相關的兩軸線用來插入切口形狀。
磨料53的任一或兩個區段160、162可足夠長以便在第一溝槽140或142磨損並且不能再成形時在同一臺工具機上能夠成形第二個或者更多的粗磨或精磨溝槽。
由於使用相對較長的磨杆會增加抖動的危險，在較接近磨杆心軸130的剛性更大的磨杆區段中形成精磨溝槽142(或者一個或多個替代溝槽)是十分重要的。通常，粗磨溝槽140的壽命實質上明顯高於精磨切口142的壽命，但是如果需要可設置成形一替代的粗磨溝槽。
儘管沒有顯示，為了有利於對準，溝槽成形輪可安裝在載有磨削切口的工件的工作主軸上。
當該磨杆用於CNC磨床上時，後者能自動編程以便算出在切口磨杆內的溝槽根部直徑，並且用內插法進行補償以便在磨削過程期間生產出符合需要的切口形狀。
一例如在WO97/48522中描述的CNC磨床能用來安裝該切口磨杆和溝槽成形輪。
權利要求
1.一種用於切口磨削的磨杆，它包括一磨杆心軸和一圓柱區域，所述圓柱區域足夠長以使分別在多個沿該圓柱區域軸向隔開區段內形成至少兩個成形切口磨削溝槽，其中軸向遠離所述磨杆心軸的所述區段是用來粗磨一工件內切口的粗粒度樹脂粘結區段，而較接近所述磨杆心軸的所述區段是用來精磨該切口的細粒度樹脂粘結區段。
2.如權利要求1所述的磨杆，其特徵在於，用來粗磨所述切口的所述磨料尺寸是用來精磨所述切口的所述磨料尺寸的兩至三倍之間。
3.如權利要求1或2所述的磨杆，其特徵在於，所述磨削材料在所述粗磨區段是樹脂粘結的粗粒度硬質合金或金剛石，而在所述精磨區段是樹脂粘結的細粒度金剛石。
4.如權利要求1至3所述的磨杆，其特徵在於，所述磨杆圓柱區域的所述粗磨和精磨區段中的任一或兩者，但尤其是後者，要足夠長以便當第一溝槽過度磨損不能進一步使用時連續成形的一個或多個另外的溝槽。
5.一種最好是一CNC磨床的磨床，該磨床具有一工作主軸、一磨削主軸以及一成形輪，所述磨削主軸載有一成形如權利要求1至4任一項所述的磨杆的坯件並且所述坯件具有一粗粒度區段和一細粒度區段，而所述成形輪可以旋轉以便形成一在所述粗粒度區段內的切口磨削溝槽以及一在所述細粒度區段內的切口磨削溝槽。
6.如權利要求5所述的磨杆，其特徵在於，所述成形輪與所述工件安裝在同一主軸上。
7.在一如權利要求5或6所述的磨床上成形在一磨杆上的多個切口磨削溝槽的方法。
8.一種用於切口磨削的磨杆，該磨杆大體上在此參照附圖的圖5、6進行描述並在圖5、6中說明。
9.一種磨床或一種用於在一磨杆上成形切口磨削溝槽的方法，該磨床或方法大體上在此參照附圖的圖1至4進行描述並在圖1至4中說明。
全文摘要
一種用來磨削例如半導體晶片的圓片工件邊緣內切口的磨杆(53)，它包括一用來安裝在磨床中的金屬心軸(132)，以及一鄰接的圓柱區域，所述圓柱區域具有軸向隔開的精磨料區段(160)和粗粒度區段(162)，而且後者在軸向更接近心軸(132)。使用時磨床具有一可旋轉成形輪，同樣地類似成形的切口磨削溝槽(140)和(142)由該輪分別在磨削區段(162)和(160)中成形。
文檔編號B24B9/06GK1424953SQ01804470
公開日2003年6月18日 申請日期2001年1月10日 優先權日2000年2月2日
發明者M·A·斯託克爾 申請人:尤諾瓦英國有限公司