專利名稱：芯片雙面研拋機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械設(shè)備，即一種芯片雙面研拋機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，單晶硅芯片在電子、光學(xué)、儀器儀表、航天航 空、民用等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。芯片在加工過程中多要進(jìn)行高精度的研磨拋光。如 大規(guī)模集成電路芯片的加工，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(shù)都有極高的精度要求。顯然，實(shí)現(xiàn)多側(cè)面同時(shí)磨拋加工，對于提高多側(cè)面形狀 和位置的精度具有重要意義?？墒牵壳澳軌蛲瑫r(shí)研磨多個(gè)側(cè)面的設(shè)備均屬于游離磨粒加 工設(shè)備，靠游離分散的磨粒作自由滑動(dòng)、滾動(dòng)和沖擊來完成研磨過程，這種工藝只能提升工 件的表面光潔度，不能確定各側(cè)面之間的形位關(guān)系，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(jìn)行形位定量磨削的研磨拋光設(shè)備則多 為單面磨削設(shè)備，還不能同時(shí)進(jìn)行雙面研磨。用這種設(shè)備研磨多個(gè)側(cè)面，需要轉(zhuǎn)換工作的角 度或反復(fù)裝卡定位，都會(huì)形成較大的誤差。同時(shí)，現(xiàn)有設(shè)備在磨削過程中還會(huì)產(chǎn)生大量磨削 熱，加之工件夾緊方式多為點(diǎn)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，使得芯片加工成本居高不下，少則占制品總成本的30-50%，高則 達(dá)到90%，嚴(yán)重影響了芯片的廣泛應(yīng)用。因此，改進(jìn)芯片加工設(shè)備，提高工藝水平，降低生產(chǎn) 成本，是國內(nèi)外同行的共同目標(biāo)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠同時(shí)進(jìn)行雙面研磨，且加工精度高、質(zhì)量好、 效率高、操作簡便、成本低廉的芯片雙面研拋機(jī)。上述目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的研制一種芯片雙面研拋機(jī)，包括機(jī)架和磨頭。 其特點(diǎn)是所說的磨頭有兩個(gè)，相對安裝在機(jī)架上，分別由不同的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其中 至少有一個(gè)磨頭設(shè)有進(jìn)給裝置，兩個(gè)磨頭之間設(shè)有工件卡緊機(jī)構(gòu)。所說的磨頭有上磨頭和下磨頭，上下相對安裝在機(jī)架上，機(jī)架有兩支豎立的導(dǎo) 軌，導(dǎo)軌上各裝配一支可上下滑動(dòng)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(jī)，上磨頭電機(jī)的動(dòng)力輸出軸向下穿過橫梁并連接上磨頭；機(jī)架下部設(shè)有平臺(tái)，平臺(tái) 上面裝有下磨頭電機(jī)，下磨頭電機(jī)動(dòng)力輸出軸上端裝配下磨頭，下磨頭上面設(shè)有工件卡緊 裝置；橫梁下面兩側(cè)各連接一支進(jìn)給絲杠，進(jìn)給絲杠下端穿過平臺(tái)，與進(jìn)給齒輪的中心螺孔 相配合，進(jìn)給齒輪由平臺(tái)下面的進(jìn)給電機(jī)帶動(dòng)。所說的下磨頭是一個(gè)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(jī)的動(dòng)力輸出軸上端相固連，外齒圈為內(nèi)齒環(huán)，其內(nèi)環(huán)直徑大于中心輪的外徑， 外齒圈套裝在中心輪的外面，通過托板與支架相連；中心輪與外齒圈之間嚙合有一個(gè)或多 個(gè)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(huán)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(nèi)配裝環(huán)狀卡簧，卡簧一端鉸鏈在槽底上，另一端外側(cè)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(jī)架上還設(shè)有自動(dòng)控制裝置。所說的自動(dòng)控制裝置是裝在上磨頭電機(jī)動(dòng)力輸出軸上的壓力傳感器。所說的自動(dòng)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(shí)用新型的有益效果是能夠在工件的一次裝夾中實(shí)現(xiàn)芯片的雙面磨削，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(shí)加工多個(gè)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(qiáng)而均勻，表面平整度 高；采用環(huán)狀卡具，適于大小不同的工件，而且施力均勻，避免工件的裝夾變形；裝有在線 檢測裝置，實(shí)行自動(dòng)控制，提高加工效率和工件表面質(zhì)量。

圖1是一種實(shí)施例的主視圖；圖2是這種實(shí)施例的俯視圖；圖3是這種實(shí)施例的仰視圖；圖4是這種實(shí)施例的部件下磨頭總成的放大主視圖；圖5是這種實(shí)施例的部件下磨頭總成的放大俯視圖；圖6是這種實(shí)施例的部件行星輪的放大主視圖；圖7是這種實(shí)施例的部件行星輪的放大俯視圖；圖8是這種實(shí)施例的部件卡簧的放大主視圖；圖9是這種實(shí)施例的部件卡簧的放大俯視圖；圖10是這種實(shí)施例的部件行星輪與卡簧的裝配主視圖；圖11是這種實(shí)施例的部件行星輪與卡簧的裝配俯視圖；圖12是這種實(shí)施例的部件行星輪裝卡工件的剖面圖。圖中可見機(jī)架1，導(dǎo)軌2，滑柱3，橫梁4，上磨頭電機(jī)5，壓力傳感器6，位置傳感器 7，上磨頭8，下磨頭9，絲杠10，平臺(tái)11，下磨頭電機(jī)12，進(jìn)給電機(jī)13，進(jìn)給齒輪14，支架15， 托板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(shí)施方式
本實(shí)用新型總的構(gòu)思是采用兩個(gè)相對安裝的磨頭，同時(shí)對工件兩側(cè)進(jìn)行磨削，從 而提高加工精度和加工效率。下面僅介紹一種實(shí)施例如圖1、2、3所示，這種設(shè)備的機(jī)架上面左右各有一個(gè)豎立的導(dǎo)軌2，導(dǎo)軌2里面各 配裝一支滑柱3，兩個(gè)滑柱3的上端支撐一支橫梁4，橫梁4中上方裝有一個(gè)上磨頭電機(jī)5， 電機(jī)5的動(dòng)力輸出軸向下過橫梁4裝配一個(gè)上磨頭8，機(jī)架1的下部有一個(gè)平臺(tái)11，平臺(tái)11 上面裝有一個(gè)下磨頭電機(jī)12，下磨頭電機(jī)12的動(dòng)力輸出軸上端裝配一個(gè)下磨頭9。在橫梁 4的下面兩側(cè)各有一根絲杠10，絲杠10向下穿過平臺(tái)11配插在進(jìn)給齒輪14的中心螺孔里 面。進(jìn)給齒輪14由進(jìn)給電機(jī)13通過變速齒輪帶動(dòng)。此外，在上磨頭電機(jī)5的動(dòng)力輸出軸 下部裝有一個(gè)壓力傳感器6，在橫梁4的下面裝有一個(gè)位置傳感器7。結(jié)合圖4、5可知下磨頭9是一個(gè)行星輪系。行星輪系的中心是由下磨頭電機(jī)12的動(dòng)力輸出軸支撐的中心輪19，外圍是由支架15和托板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(gè)或多個(gè)行星齒輪20。結(jié)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里面配有一個(gè) 卡簧23。結(jié)合圖8、9可見，卡簧23是一個(gè)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(cè)恰與一個(gè)卡鎖26相配合?？ㄦi26上面有軸 孔和扳孔，軸孔處于偏心位置，可通過轉(zhuǎn)軸使卡鎖26與槽底相鉸鏈，扳孔可插入專用扳手。 結(jié)合圖10、11、12可見，工件22裝入工件卡裝口 24，向內(nèi)扭轉(zhuǎn)偏心輪狀的卡鎖26，即可內(nèi)推 卡簧23壓緊工件22，同時(shí)卡簧23和卡鎖26的接觸面形成自鎖，不易放松。當(dāng)工件加工完 畢，反向扭動(dòng)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(huán)形凹槽， 槽內(nèi)裝有環(huán)形磨片17，環(huán)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(jié)合圖12可見，工件裝入卡裝口 24時(shí)，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(jìn)行研磨，而行星齒輪20則不能磨損。根據(jù)行星輪系的特點(diǎn)可知工件在受到某一旋向磨削的同時(shí)，本身也在按相同方 向或相反方向旋轉(zhuǎn)。反方向旋轉(zhuǎn)研磨效果不言而喻，即使同方向旋轉(zhuǎn)，由于轉(zhuǎn)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(shí)受到兩個(gè)相反方向的磨削，相當(dāng)于反 復(fù)磨削，且沒有方向一致和重合的加工紋理，表面質(zhì)量和加工精度明顯提高，而且去屑效果 強(qiáng)于單向磨削，因而在微小進(jìn)給的情況下仍能獲得有效的去屑效果，所以非常適合芯片的 高精度研拋工藝。由于加工精度要求高，超出了人力操作所能達(dá)到的范圍，因此，在這種設(shè)備上裝配 了自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)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下面的激光發(fā)射器和裝在下磨頭上面的激光接收器組成。壓力傳感器6采用聲波發(fā) 射傳感器，裝在上磨頭電機(jī)5的動(dòng)力輸出軸下端。作業(yè)時(shí)，當(dāng)上磨頭沒有接觸工件或壓力不 足時(shí)，聲波發(fā)射傳感器對聲音信號(hào)進(jìn)行處理后，向下面的進(jìn)給電機(jī)13發(fā)出進(jìn)給指令，使磨 頭與工件壓緊。由于行星齒輪20可上下浮動(dòng)，工件對下磨頭的壓力平時(shí)靠自重產(chǎn)生，在上 磨頭向下壓緊時(shí)，工件兩側(cè)壓力相等。當(dāng)工件加工完畢，位置傳感器7的激光發(fā)射器和接收 器把所測得的距離信號(hào)傳遞給進(jìn)給電機(jī)13，令其停止并反轉(zhuǎn)，絲杠10和進(jìn)給齒輪14螺孔配 合推頂上磨頭8上行，即可取下工件。
權(quán)利要求一種芯片雙面研拋機(jī)，包括機(jī)架和磨頭，其特征在于所說的磨頭(8、9)有兩個(gè)，相對安裝在機(jī)架(1)上，分別由不同的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其中至少有一個(gè)磨頭設(shè)有進(jìn)給裝置，兩個(gè)磨頭之間設(shè)有工件卡緊機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片雙面研拋機(jī)，其特征在于所說的磨頭有上磨頭(8) 和下磨頭(9)，上下相對安裝在機(jī)架(1)上，機(jī)架(1)有兩支豎立的導(dǎo)軌(2)，導(dǎo)軌(2)上各 裝配一支可上下滑動(dòng)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(jī)(5)，上磨頭電機(jī)(5)的動(dòng)力輸出軸向下穿過橫梁⑷并連接上磨頭⑶；機(jī) 架(1)下部設(shè)有平臺(tái)(11)，平臺(tái)(11)上面裝有下磨頭電機(jī)(12)，下磨頭電機(jī)(12)的動(dòng)力 輸出軸上端裝配下磨頭(9)，下磨頭(9)上面設(shè)有工件卡緊裝置；橫梁(4)下面兩側(cè)各連接 一支進(jìn)給絲杠(10)，進(jìn)給絲杠(10)下端穿過平臺(tái)(11)，與進(jìn)給齒輪(14)的中心螺孔相配 合，進(jìn)給齒輪(14)由平臺(tái)(11)下面的進(jìn)給電機(jī)(13)帶動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種芯片雙面研拋機(jī)，其特征在于所說的下磨頭(9)是一 個(gè)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(jī)(12)的動(dòng)力輸出軸相固連，外齒圈(21)為內(nèi)齒環(huán)，其內(nèi)環(huán)直徑大于中心輪(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(jī)架(1)相連；中心輪 (19)與外齒圈(21)之間有一個(gè)或多個(gè)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(huán)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(jù)權(quán)利要求3所述的一種芯片雙面研拋機(jī)，其特征在于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(nèi)配裝環(huán)狀卡簧(23)，卡簧(23) —端鉸鏈 在卡簧槽(25)槽底上，另一端外側(cè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片雙面研拋機(jī)，其特征在于所說的機(jī)架(1)上還設(shè) 有自動(dòng)控制裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種芯片雙面研拋機(jī)，其特征在于所說的自動(dòng)控制裝置是 裝在上磨頭電機(jī)(5)動(dòng)力輸出軸上的壓力傳感器(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種芯片雙面研拋機(jī)，其特征在于所說的壓力傳感器(6) 是一種聲波發(fā)射傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種芯片雙面研拋機(jī)，其特征在于所說自動(dòng)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(jù)權(quán)利要求8所述的一種芯片雙面研拋機(jī)，其特征在于所說的位置傳感器(7) 是一種激光發(fā)射器和接收器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械設(shè)備，即一種芯片雙面研拋機(jī)，包括機(jī)架和磨頭，其特征在于所說的磨頭有兩個(gè)(8、9)，相對安裝在機(jī)架(1)上，分別由不同的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其中至少有一個(gè)磨頭設(shè)有進(jìn)給裝置，兩個(gè)磨頭之間設(shè)有工件卡緊機(jī)構(gòu)。有益效果是能夠?qū)崿F(xiàn)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(shí)加工多個(gè)工件；工件表面加工軌跡雙向交叉，去屑力強(qiáng)而均勻，表面平整度高；采用環(huán)狀卡具，適于大小不同的工件，而且施力均勻，避免工件的裝夾變形；裝有在線檢測裝置，實(shí)行自動(dòng)控制，提高加工效率和表面質(zhì)量。
文檔編號(hào)B24B37/04GK201693450SQ201020224368
公開日2011年1月5日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)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(xué)