專利名稱：往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動研磨拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料加工設(shè)備，特別是涉及一種對非金屬材料的 兩個表面進行研磨拋光的裝置。
技術(shù)背景非金屬材料(人工晶體、特殊陶瓷、半導(dǎo)體等材料)也可稱為新 材料，它廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)與生活。它改變著人的思維，變不可能 為可能，它代表著科技發(fā)展的趨勢，關(guān)系到國家的經(jīng)濟命脈與安全。 凡是應(yīng)用集成電路控制的設(shè)備與生活用品、激光器、遙感器件、光譜 分離元器件等等都離不開這些新材料，新材料是高科技的基礎(chǔ)材料， 因此對其加工的要求是十分精密的，同時也是相當(dāng)重要的。例如，第 二代半導(dǎo)體材料(第一代半導(dǎo)體材料是單晶硅)砷化鎵、第三代半導(dǎo) 體材料碳化硅都是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的襯底材料。其要求直徑100毫米，厚度0.7毫米的薄片的兩個表面，平整度誤差在l納米以 下，即達到埃級單位；平行度誤差在l微米以下。這對研磨與拋光提 出了嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)要求。如圖1所示，已有的研磨拋光機難以完成以上技術(shù)要求，原因是 該設(shè)備結(jié)構(gòu)上的缺陷所致。這種傳統(tǒng)設(shè)備的載料盤運動是被動旋轉(zhuǎn)加 弧線擺動方式，即一支柱19 (可左右擺動)上安裝有載料盤支架18， 在支架的兩個被動導(dǎo)輪16、 17中放置載料盤15，載料盤15在支柱電機 的驅(qū)動下做往復(fù)擺動。如圖2所示，被磨拋材料粘接在載料盤15上，在磨料顆粒作用下， 與研磨拋光盤14做相對(被動旋轉(zhuǎn)加弧線)運動，達到磨拋效果。為 分析其磨拋軌跡可把研磨拋光盤視為一條條同心圓的磨削線，這條條磨削線相對載料盤弧線運動而言。就可以得到其磨削角e?？梢姡淠ハ鹘莈 (靠磨拋盤圓心內(nèi)徑處)小，擺到e'(磨拋盤 半徑中線處)大，擺到e"(靠磨拋盤外徑處)更大，即磨削角由小 變大再變更大往復(fù)規(guī)律變化，磨削角各軌跡是始終變量關(guān)系。而磨削 角角度變化實際反映的是磨削力的變化。磨削角和磨削力呈反比關(guān) 系，即磨削角小則磨削力大。磨削力產(chǎn)生的效果是磨削量的變化。因 此，弧線運動磨拋其被磨拋材料的表面所受到的磨削量始終是變化 的。在磨拋時，所用的磨料或拋光料都是液體的，其顆粒是流動的， 由于所受磨削力不一樣(摩擦力也不一樣)，導(dǎo)致磨拋料呈不均勻分 布狀態(tài)(磨拋料在噴撒磨拋盤面上未進入被磨拋材料之前，由于受到 轉(zhuǎn)動磨拋盤的離心作用，使磨拋盤均勻的分布在磨拋盤表面)。這樣， 在被磨拋材料與磨拋料顆粒與磨拋盤相互作功時，磨拋料顆粒在變化 的磨削力作用下，呈不規(guī)則的隨機聚堆或空格，造成被磨拋材料表面 的平整度破壞。還因為磨拋盤轉(zhuǎn)動時，盤面的線速度呈扇形變化，即 盤的圓心處線速度為零，盤的外徑處其線速度為最大。線速度從零到 最大在盤面上呈扇面擴展。假如載料盤不轉(zhuǎn)動時，被磨拋材料靠磨拋 盤外徑處磨削力小，但線速度高，反之靠圓心處磨削力大，但線速度 低。而盤面線速度又是一種磨削力，造成被磨拋材料(片子) 一邊厚 一邊薄。因為磨拋盤轉(zhuǎn)動線速度代表了磨拋路徑(距離)，線速度高 路徑長，磨削量大，反之，線速度低路徑短磨削量小。那么，什么情況下，載料盤不轉(zhuǎn)呢？載料盤本身重量代表了磨削時的重力，磨拋開 始時，由于被磨拋材料(片子)表面在切割時留下的切割痕跡，該痕 跡凹凸不平，相對很平整的磨拋盤表面來講是點接觸，同時，磨拋盤 表面布滿了磨拋料顆粒，當(dāng)磨拋盤旋轉(zhuǎn)起來，研磨拋光盤、磨拋顆粒、 被磨拋材料三者之間產(chǎn)生磨擦力，當(dāng)載料盤重力大于磨擦力時，載料 盤不轉(zhuǎn)，當(dāng)載料盤重力小于磨擦力(在與研磨拋光盤盤面內(nèi)外線速度 差的作用下)時，載料盤就會被動旋轉(zhuǎn)起來。當(dāng)研磨快結(jié)束也會產(chǎn)生 不轉(zhuǎn)，因為，片面被研磨的平整度提高了，磨擦力降低小于載料盤重 力時，載料盤便停止轉(zhuǎn)動，結(jié)果產(chǎn)生片子一邊厚一邊薄。但是，在研 磨開始至結(jié)束前的中間過程中，載料盤處于被動旋轉(zhuǎn)和擺動狀態(tài)的。 依據(jù)以上分析，載料塊旋轉(zhuǎn)可以解決片子一邊厚一邊薄的問題(因為 旋轉(zhuǎn)可以打破線速度差帶來的薄厚不均的問題)，可是解決不了片子 本身邊緣薄圓心厚的問題，這是因為載料盤旋轉(zhuǎn)(即被磨材料片子隨 同旋轉(zhuǎn))，片子邊緣的路徑(即線速度)加上片子圓心路徑(雖然該處的e〃角較小)，大于片子圓心的路徑(線速度)。因此，片子邊緣 磨得多，圓心磨得少，片子呈"心高"現(xiàn)象，為了解決這一問題，采 用使載料盤擺動的措施，以打破線速度所帶來的"心高"問題。但實 際結(jié)果，由于采用的是弧線擺動方式，磨削角的臺終處于變化，引發(fā) 磨削量始終變化，雖然"心高"問題得以改善，但"心高"問題并沒 有徹底解決，使得較高技術(shù)指標(biāo)平整度的片面無法實現(xiàn)，片子平行度 因而無法實現(xiàn)。這些存在的問題正是本發(fā)明裝置構(gòu)思依據(jù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種通過其往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動對非金屬材料進行研磨拋光的裝置，該裝置的修整環(huán)旋轉(zhuǎn)，并帶動載料盤一同旋轉(zhuǎn)；直線導(dǎo)軌座做往復(fù)直線運動，可使被磨拋材料在研磨拋光盤 上做直線加旋轉(zhuǎn)運動。解決了被磨拋材料"心高"片面凹凸大，片子 平整度不高、平行度不好的問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動研磨拋光裝置，該裝置包括研磨拋光盤、回 轉(zhuǎn)體、研磨拋光盤驅(qū)動電機、載料盤、載料盤支架、主動支架導(dǎo)輪、 被動支架導(dǎo)輪、導(dǎo)輪驅(qū)動電機、直線導(dǎo)軌座、導(dǎo)軌驅(qū)動電機、偏心撥 桿和修整環(huán)，其中粘有被磨拋材料的載料盤面向放置在研磨拋光盤的 盤面上，研磨拋光盤與研磨拋光盤驅(qū)動電機相連接，回轉(zhuǎn)體與研磨拋 光盤相連接，載料盤外徑套有修整環(huán)，修整環(huán)置于主動支架導(dǎo)輪和被 動支架導(dǎo)輪之中，并由載料盤支架上的導(dǎo)輪驅(qū)動電機驅(qū)動主動支架導(dǎo) 輪，載料盤支架與直線導(dǎo)軌座平行連接，直線導(dǎo)軌座通過驅(qū)動電機主 軸上的圓盤偏心撥桿與導(dǎo)軌驅(qū)動電機相連接。如上所述的往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動研磨拋光裝置，其載料盤支架與直線導(dǎo)軌座之間安裝有翻板，載料盤支架可在直線導(dǎo)軌座上做90度翻轉(zhuǎn)。如上所述的往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動研磨拋光裝置，其表面粘有被磨 拋材料的載料盤與研磨拋光盤相對放置在研磨拋光盤面上，修整環(huán)外 徑與載料盤支架上的兩支架導(dǎo)輪相接觸，并由支架上的導(dǎo)輪驅(qū)動電機 驅(qū)動主動支架導(dǎo)輪，可使修整環(huán)主動旋轉(zhuǎn)，修整環(huán)內(nèi)置的載料盤便與其一同旋轉(zhuǎn)；直線導(dǎo)軌座由其驅(qū)動電機主軸上的圓盤偏心撥桿拉動做 往復(fù)直線運動，使被磨拋材料在研磨拋光盤的盤面上做直線加旋轉(zhuǎn)運動并對其進行研磨拋光。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是本發(fā)明的研磨拋光裝置是由于載料盤在研磨拋光盤圓心的軸線 上做往復(fù)直線運動，其磨削角是相等的，故磨削力是相等的；并通過 套在載料盤上的修整環(huán)的旋轉(zhuǎn)帶動載料盤旋轉(zhuǎn)，研磨拋光后得到的片 子薄厚一致，不產(chǎn)生所謂的"心高"問題。又由于磨削角均相等，使 磨料顆粒分布均勻，故片面沒有因顆粒分布不均產(chǎn)出的凹凸現(xiàn)象，有 效地提高了片面的平整度和光潔度以及平行度。


圖l為現(xiàn)有研磨拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有研磨拋光裝置載料盤與研磨拋光盤運動方式示意圖； 圖3為本發(fā)明研磨拋光裝置的主視圖； 圖4為本發(fā)明研磨拋光裝置的俯視圖； 圖5為本發(fā)明研磨拋光裝置的運動方式示意圖； 圖6為本發(fā)明與現(xiàn)有研磨拋光裝置的運動方式對比示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。如圖3、 4所示，該研磨拋光裝置包括研磨拋光盤3、回轉(zhuǎn)體2、 研磨拋光盤驅(qū)動電機l、載料盤5、載料盤支架7、主動支架導(dǎo)輪8、 被動支架導(dǎo)輪9、導(dǎo)輪驅(qū)動電機6、直線導(dǎo)軌座10、導(dǎo)軌驅(qū)動電機11、 偏心撥桿12和修整環(huán)4。其中，載料盤5的表面粘有被磨拋材料， 其面向放置在研磨拋光盤3的盤面上；載料盤5外徑套有修整環(huán)4， 使載料盤5置于修整環(huán)4中。修整環(huán)4置于主動支架導(dǎo)輪8和被動支架導(dǎo)輪9之中，并由載料盤支架7上的電機驅(qū)動主動支架導(dǎo)輪8，被 動支架導(dǎo)輪9為被動輪，可使修整環(huán)4主動旋轉(zhuǎn)。這樣修整環(huán)4中的 載料盤5也隨修整環(huán)4 一同旋轉(zhuǎn)。載料盤支架7與直線導(dǎo)軌座10平 行連接，載料盤支架7與直線導(dǎo)軌座10之間安裝有翻板13，載料盤 支架7可在直線導(dǎo)軌座10上做90度翻轉(zhuǎn)，讓出載料盤支架7在磨拋 盤3上方的空間，便于更換磨拋盤。直線導(dǎo)軌座10由導(dǎo)軌驅(qū)動電機 11主軸上的圓盤偏心撥桿12拉動做往復(fù)直線運動。載料盤往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動在重力和磨拋料與磨拋盤的相互作 用下，其保證被磨拋材料較高的平整度和平行度，主要是因為，磨削 角e始終相等，周期線速度始終均等。往復(fù)直線研磨拋光是在分析弧線擺動研磨拋光存在問題的基礎(chǔ) 上，有所針對地提出了本發(fā)明裝置的設(shè)計思想。即針對弧線擺動載料 盤被動旋轉(zhuǎn)加裝了使載料盤主動旋轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動裝置；針對弧線擺動 改裝了由電機偏心拉桿驅(qū)動直線導(dǎo)軌座連接的載料盤支架做載料盤 與磨拋盤圓心成一條直線的往復(fù)直線運動，保證磨削角e各處相等， 保證磨拋盤周期線速度均等。由圖6中可以清楚地看到往復(fù)直線運動與往復(fù)弧線運動載料盤運動的軌跡和磨削角e的比較情況，以及往復(fù)直線研磨拋光載料盤的 軌跡和載料盤與磨拋盤相對運動的磨削角e的情況?？梢缘贸鼋Y(jié)論 直線加旋轉(zhuǎn)運動的載料盤與磨拋盤作相對運動時，其磨削角& = e2 = e3 ，磨削力在各點分布上也是相等的。同時，往復(fù)直線運動的載料 盤在其往復(fù)距離的路徑與磨拋盤相接觸的其內(nèi)徑至外徑的個點的線 速度從直線往復(fù)的頻率(即周期)來計算是均等的?？梢暈榫染€速度。而現(xiàn)有技術(shù)往復(fù)弧線運動載料盤運動的軌跡和磨削角e，其磨削 角w >e，，。本裝置實施后，經(jīng)對直徑100毫米，0.7毫米厚度的砷化鎵片子 磨拋，實驗結(jié)果達到了技術(shù)指標(biāo)要求，平整度達到5埃，平行度達到 0.5微米。本發(fā)明研磨拋光裝置的主要性能指標(biāo)整機質(zhì)量《50kg;外形尺寸700x800x800mm;磨拋盤直徑380mm;載料盤直徑115mm; 修整環(huán)外徑145mm;內(nèi)徑115mm;磨拋盤轉(zhuǎn)速0 250轉(zhuǎn)/分(無 級調(diào)速)；載料盤轉(zhuǎn)速0 300轉(zhuǎn)/分(無級調(diào)速)；直線導(dǎo)軌座往復(fù)頻率0 30次/分(無級調(diào)整)；工件位180度軸線上2個；磨 拋盤直流電機功率100瓦；減速箱速比10:1;載料盤直流電機功 率25瓦，減速箱速比10:1;直線導(dǎo)軌直流電機功率25瓦，減速箱速比30:1;直線導(dǎo)軌座往復(fù)距離100mm至40mm (無級調(diào)整)；CNC控制，實現(xiàn)對磨拋盤、載料盤、直線導(dǎo)軌座無級調(diào)速，LED顯示，緊急停機保護等研磨拋光工藝所需的數(shù)據(jù)管理。
權(quán)利要求
1.往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動研磨拋光裝置，該裝置包括研磨拋光盤、回轉(zhuǎn)體、研磨拋光盤驅(qū)動電機、載料盤、載料盤支架、主動支架導(dǎo)輪、被動支架導(dǎo)輪、導(dǎo)輪驅(qū)動電機、直線導(dǎo)軌座、導(dǎo)軌驅(qū)動電機、偏心撥桿和修整環(huán)，其特征在于，其中載料盤(5)放置在研磨拋光盤(3)的盤面上，研磨拋光盤(3)與研磨拋光盤驅(qū)動電機(1)相連接，回轉(zhuǎn)體(2)與研磨拋光盤(3)相連接，載料盤(5)外徑套有修整環(huán)(4)，修整環(huán)(4)置于主動支架導(dǎo)輪(8)和被動支架導(dǎo)輪(9)之中，并由載料盤支架(7)上的導(dǎo)輪驅(qū)動電機(6)驅(qū)動主動支架導(dǎo)輪(8)，載料盤支架(7)與直線導(dǎo)軌座(10)平行連接，直線導(dǎo)軌座(10)通過驅(qū)動電機主軸上的圓盤偏心撥桿(12)與導(dǎo)軌驅(qū)動電機(11)相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動研磨拋光裝置，其 特征在于，載料盤支架(7)與直線導(dǎo)軌座(10)之間安裝有翻板(13)， 載料盤支架(7)可在直線導(dǎo)軌座(10)上做90度翻轉(zhuǎn)。
3. 如權(quán)利要求1所述的往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動研磨拋光裝置，其 特征在于，表面粘有被磨拋材料的載料盤(5)與研磨拋光盤(3)相 對放置在研磨拋光盤面上，修整環(huán)外徑與載料盤支架(7)上的兩支 架導(dǎo)輪相接觸，并由支架上的導(dǎo)輪驅(qū)動電機(6)驅(qū)動主動支架導(dǎo)輪(8)，可使修整環(huán)主動旋轉(zhuǎn)，修整環(huán)內(nèi)置的載料盤便與其一同旋轉(zhuǎn)； 直線導(dǎo)軌座(10)由其驅(qū)動電機(11)主軸上的圓盤偏心撥桿(12) 拉動做往復(fù)直線運動，使被磨拋材料在研磨拋光盤的盤面上做直線加 旋轉(zhuǎn)運動并對其進行研磨拋光。
全文摘要
往復(fù)直線加旋轉(zhuǎn)運動研磨拋光裝置，涉及一種材料加工設(shè)備，該裝置包括研磨拋光盤、回轉(zhuǎn)體、研磨拋光盤驅(qū)動電機、載料盤、載料盤支架、主動支架導(dǎo)輪、被動支架導(dǎo)輪、導(dǎo)輪驅(qū)動電機、直線導(dǎo)軌座、導(dǎo)軌驅(qū)動電機、偏心撥桿和修整環(huán)，其中粘有被磨拋材料的載料盤面向放置在研磨拋光盤的盤面上，研磨拋光盤與研磨拋光盤驅(qū)動電機相連接，回轉(zhuǎn)體與研磨拋光盤相連接，載料盤外徑套有修整環(huán)，修整環(huán)置于主動支架導(dǎo)輪和被動支架導(dǎo)輪之中，載料盤支架與直線導(dǎo)軌座平行連接，直線導(dǎo)軌座通過驅(qū)動電機主軸上的圓盤偏心撥桿與導(dǎo)軌驅(qū)動電機相連接。本發(fā)明解決了被磨拋材料“心高”片面凹凸大，片子平整度不高、平行度不好的問題。
文檔編號H01L21/02GK101249632SQ20081001070
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者瑩 張 申請人:沈陽材佳機械設(shè)備有限公司