MULTIFUNCTIONAL SUBSTRATE POLISHING AND BURNISHING DEVICE AND POLISHING AND BURNISHING METHOD THEREOF
技术领域
本发明属于平面基片的超精密加工技术领域,具体涉及一种用于硅片、蓝宝石基片和玻璃基板等硬脆材料平面基片的磨抛平整化加工及减薄加工,也可用于陶瓷、金属和复合材料等平面薄板的磨削和抛光加工。 背景技术
硅片、蓝宝石基片、玻璃面板和陶瓷片等平面薄片状基片的超精密表面加工及超精密减薄加工,通常经过磨削、研磨和抛光等加工工序,分别由磨削、研磨机床和抛光机床独立完成,磨削、研磨机床用于基片的表面平整化加工,使基片达到预定厚度,获得高平整度高质量的表面,抛光机床用于基片的表面抛光,去除基片的磨削、研磨表面损伤层,使基片达到无损伤超光滑表面。目前,基片的减薄加工通常要求基片减薄厚度达到
30~100µm
以下使基片重量轻和紧密,。通常此时基片经过磨削减薄到预定厚度时,从磨削机床上卸下,再装夹到抛光机上进行抛光加工,在从磨削到抛光的转换的过程中,由于基片表面磨削应力会造成基片的变形,使基片在磨削和抛光工序间传送以及在抛光机上再装夹过程中非常容易破碎,而且采用两个机床分别进行磨削和抛光加工,设备投资大,生产效率比较低。目前市场上常见的基片磨削和抛磨削光机床通常为专用磨削加工设备,如对于圆片状硅片,主要用硅片超精密磨床进行平整化加工和减薄加工,再用平面抛光机床进行表面抛光;对于方片状的玻璃面板,主要用专用平面研磨机床进行平整化加工和减薄加工,再用平面抛光机床进行表面抛光。这些现有的磨削和抛光机床往往不适用于多种基片的不同使用要求
。 发明内容
本发明要解决的技术难题是克服上述现有的磨削和抛光机床及加工方法的不足,发明了一种多功能的基片磨抛装置及其磨抛方法。该多功能基片磨抛装置采用双主轴结构,在一台设备上完成硅片、玻璃面板、陶瓷片、蓝宝石基片等基片的磨削和抛光加工,即经过磨削后,基片不需卸片,从磨削工位直接进入抛光工位进行基片抛光加工,可实现基片的轴向切入式磨抛、径向切入式磨抛、径向往复式磨抛和留边磨抛等多种磨抛方法。磨削主轴单元和抛光主轴单元互为配重,共用一套电机驱动进给机构和气缸进给机构,基片在磨削或抛光过程中可实现定程磨削和控制力磨削两种进给控制方式。 本发明采用的技术方案是一种多功能的基片磨抛装置及其磨抛方法,其 磨抛方法采用三种方式: 1 )
当采用轴向切入式磨抛方法加工圆片状基片时,将被加工基片 W 置于吸盘 12 上,工作台 3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 b
箭头方向前移至磨削主轴单元 18 的下方,将圆片状基片 W 的中心位于磨轮 15 的外边缘处,保持工作台 3 在水平方向上位置固定; 2
)当采用径向切入式磨抛方法加工方片状基片时,磨削主轴单元 18 的磨轮 15 转动方向为 e 向旋转;同时,磨削主轴单元 18 在电机 26
正转时沿磨削进给方向的 d 向下进给,保持磨削主轴单元 18 在磨削进给方向上位置固定; 3
)当采用小直径磨轮或抛轮时,采用留边磨抛方法实现留边磨削或留边抛光,小直径磨轮或抛轮的直径略小于被加工基片 W 的半径,将被加工基片 W 载置于吸盘 12
上; 当采用上述方法中任意一种方式磨削时,先将被加工基片 W 吸附在所述的吸盘( 12 )上,所述的吸盘 12
由多孔陶瓷材料制成圆盘状,进给机构 8 驱动所述的工作台 3 沿水平方向朝 a 向移至所述的磨削主轴单元 18 下方,所述的磨削电机主轴 17 驱动所述的磨轮
15 沿磨轮转动方向的 e 方向转动,所述的电机 26 或所述的气缸 39 驱动所述的磨削主轴单元 18 沿磨削进给方向 d 向上进给磨削基片 W
,所述的测力装置 10 将监测的磨削力传输给控制系统,控制磨削力等于预设值,当所述的测厚装置 13 检测到基片 W 达到预设的厚度后,所述的磨削主轴单元 18
沿所述的磨削垂直导轨 23 上升退刀,自此完成基片 W 的磨削;所述的进给机构 8 驱动所述的工作台 3 沿水平方向朝 a 向移至所述的抛光主轴单元 35
下方,所述的抛光电机主轴 36 驱动所述的抛轮 37 沿抛轮转动方向的 h 方向转动,所述的电机 26 或所述的气缸 39 驱动所述的抛光主轴单元 35
沿抛光进给方向 g 向上进给磨削基片 W ,所述的测力装置 10 将监测的抛光压力传输给控制系统,控制抛光压力等于预设值,抛光结束后,所述的抛光主轴单元 35
沿所述的抛光垂直导轨 30 上升退刀,自此完成基片 W 的抛光,所述的测力装置 10
分别检测出磨削过程中的磨削力或抛光过程中的抛光压力,并将检测数据向控制系统输送,保证磨削力或抛光压力等于预设压力;所述的工作台 3 在所述的进给机构 8
的驱动下沿水平方向朝 a 向移出抛光加工区进行卸片。
一种多功能基片磨抛装置,其特征在于,磨抛装置采用由磨削主轴单元和抛光主轴单元组成的双主轴结构,在一台装置上完成硅片、玻璃面板、陶瓷片、蓝宝石基片等基片的磨削和抛光加工;多功能基片磨抛装置具有长方体状的基座
1 ,在基座 1 的上面固定着一对水平导轨 5 ,导引滑块 6 装在水平导轨 5 上,滑板 7 与导引滑块 6 固结,滑板 7 安在工作台 3
的下面,即通过导引滑块 6 和滑板 7 将工作台 3 嵌合在一对水平导轨 5 上;底座 9 安装在工作台 3 的上面;在底座 9
的上表面安装有用于在线测量磨削力的圆环状的测力装置 10 ,测厚装置 13 安装在工作台 3 上;安装在工作台 3 中心的工件电机轴主 11 是套在测力装置
10 的内部,吸盘 12 安装在工件电机主轴 11 顶部,进给机构 8 与工作台 3 连接; 立柱 2 安装在基座 1 的中部,在立柱 2 的前侧面固定安装有一对磨削垂直导轨 23 ,沿垂直进给方向
c 或 d 向移动的磨削主轴单元 18 安装在磨削垂直导轨 23 上;沿抛光进给方向 f 和 g 向移动的一对抛光垂直导轨 30 固定在立柱 2
的后侧面,抛光主轴单元 35 安装在抛光导轨 30 上;磨削主轴单元 18 和抛光主轴单元 35 通过悬挂机构 25 相互连接,悬挂机构 25 通过牵引绳
28 固定在立柱 2 顶部的前支撑座 27 和后支撑座 29 上。 所述的磨削主轴单元 18 具有主轴座 19 ,在主轴座 19 的内部安装有磨削电机主轴 17 ,磨削主轴
17 下端安装有沿 e 方向转动的磨轮 15 ;主轴座 19 安装在溜板 21 上,在溜板 21 上装有导引滑块 22 ,溜板 21 通过导引滑块 22
嵌合在一对磨削垂直导轨 23 上做移动;固定于溜板 21 背面的丝杠机构 24 在顶端和电机 26 相连接;所述磨削电机主轴 17 可驱动所述磨轮 15
沿磨轮转动方向 e 方向转动,所述电机 26 可驱动磨削主轴单元 18 沿磨削进给方向 c 或 d 向进行升降运动,同时也可以驱动所述抛光主轴单元 35
沿抛光进给方向的 f 和 g 向上进行升降运动,从而实现定程磨削的进给控制方式; 所述的抛光主轴单元 35 具有主轴座 33 ,在主轴座 33 的内部安装有抛光电机主轴 36
,抛光电机主轴 36 下端安装有沿 h 方向转动的抛轮 37 ,主轴座 33 安装在溜板 32 上,在溜板上 32 装有导引滑块 31 ,溜板上 32
通过导引滑块 31 嵌合在一对抛光垂直导轨 30 上做移动,抛光主轴单元 35 沿抛光进给方向 f 或 g 向上移动;气缸 39 平行安装在抛光垂直导轨 30
得下端;气缸 39 带动抛光主轴单元 35 沿抛光进给方向的 g 向下降或 f 向上升,在牵引绳 28 的牵引下,磨削主轴单元 18 同时沿磨削进给方向的 c
向上升或 d 向下降; 所述的悬挂机构 25 由牵引绳 28 分别固定在立柱 2 顶部的前支撑座 27 和后支撑座 29 上,滑轮
A41 和滑轮 B42 安装在前支撑座 27 上,滑轮 C43 和滑轮 D45 安装在后支撑座 29 上,滑轮 E44 和滑轮 F46 安装在溜板 32
侧面;一端固定在溜板 21 上的牵引绳 28 分别绕过滑轮 A41 、滑轮 C43 、滑轮 E44 、滑轮 F46 、滑轮 D45 和滑轮 B42
,最后固定在溜板 21 上;牵引绳 28 将所述的磨削主轴单元 18 和所述的抛光主轴单元 35 相连,从而使所述的磨削主轴单元 18 和所述的抛光主轴单元
35 彼此为配重,保证所述的磨削主轴单元 18 和所述的抛光主轴单元 35 具有相同的位移量。
本发明的显著效果是多功能基片磨抛设备通过将磨削机和抛光机集成于一体,抛光主轴单元与磨削主轴单元通过一根牵引绳牵引,磨削主轴单元和抛光主轴单元互为配重,磨削主轴单元和抛光主轴单元共用一套电机驱动进给机构和气缸进给机构,
可实现多种磨抛加工方式 。采用本发明的多功能基片磨抛设备可大大提高磨抛加工的效率,提高基片的精度,从而能够在降低生产成本的同时大幅提高产品质量。 附图说明 图 1 本发明多功能基片磨抛设备的结构示意图,图 2 本发明多功能基片磨抛设备的悬挂机构示意图,图 3
本发明多功能基片磨抛设备的剖视图,图 4 第一种和第二种实施例所述的磨抛方法,图 5 第三种实施例所述的磨抛方法。图中: 1 基座, 2 立柱, 3 工作台,
5 水平导轨, 6 滑块, 7 滑板, 8 进给机构, 9 底座, 10 测力装置, 11 工件电机主轴, 12 吸盘, 13 测厚装置, 15 磨轮, 17
磨削电机主轴, 18 磨削主轴单元, 19 主轴座, 21 溜板, 22 滑块, 23 磨削垂直导轨, 24 丝杠模块, 25 悬挂机构, 26 电机, 27
前支撑座, 28 牵引绳, 29 后支撑座, 30 抛光垂直导轨, 31 滑块, 32 溜板, 33 主轴座, 35 抛光主轴单元, 36 抛光电机主轴,
37 抛轮, 39 气缸, 40 小直径磨轮或抛轮, 41 滑轮 A , 42 滑轮 B , 43 滑轮 C , 44 滑轮 E , 45 滑轮 D , 46
滑轮 F , W 基片。 具体实施方式 以下结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。本发明中多功能基片磨抛设备的磨抛加工方法为:磨削时,将基片
W 吸附在吸盘 12 上,吸盘 12 由多孔陶瓷材料制成圆盘状,进给机构 8 驱动工作台 3 沿水平方向朝 a 向移至磨削主轴单元 18 下方,磨削电机主轴
17 驱动磨轮 15 沿磨轮转动方向的 e 方向转动,电机 26 或气缸 39 驱动磨削主轴单元 18 沿磨削进给方向 d 向上进给磨削基片 W ,测力装置
10 将监测的磨削力传输给控制系统,控制磨削力等于预设值,当测厚装置 13 检测到基片 W 达到预设的厚度后,磨削主轴单元 18 沿磨削垂直导轨 23
上升退刀,自此完成基片 W 的磨削;进给机构 8 驱动工作台 3 沿水平方向朝 a 向移至抛光主轴单元 35 下方,抛光电机主轴 36 驱动抛轮 37
沿抛轮转动方向的 h 方向转动,电机 26 或气缸 39 驱动抛光主轴单元 35 沿抛光进给方向 g 向上进给磨削基片 W ,测力装置 10
将监测的抛光压力传输给控制系统,控制抛光压力等于预设值,抛光结束后,抛光主轴单元 35 沿抛光垂直导轨 30 上升退刀,自此完成基片 W 的抛光,测力装置
10 分别检测出磨削过程中的磨削力或抛光过程中的抛光压力,并将检测数据向控制系统输送,保证磨削力或抛光压力等于预设压力;工作台 3 在进给机构 8
的驱动下沿水平方向朝 a 向移出抛光加工区进行卸片,见图 1 。 多功能基片磨抛设备具有长方体状的基座 1 ,在基座 1 的上面固定着沿前后方向延伸的一对水平导轨 5
,承载基片 W 的工作台 3 安装在水平导轨 5 上,工作台 3 可以沿 a 或 b 向移动。基座 1 的中部直立设置着立柱 2 ,一对磨削垂直导轨 23
固定在立柱 2 的前侧面,磨削主轴单元 18 安在磨削垂直导轨 23 上,用于磨削的磨削主轴单元 18 可以沿磨削进给方向 c 或 d
向移动。一对抛光垂直导轨 30 固定在立柱 2 的后侧面,用于抛光的抛光主轴单元 35 安在抛光垂直导轨 30 上,抛光主轴单元 35 可以沿抛光进给方向 f
和 g 向移动,见图 2 。磨削主轴单元 18 和抛光主轴单元 35 通过悬挂机构 25 相互连接,悬挂机构 25 由牵引绳 28 ,固定于立柱 2
顶部的前支撑座 27 和后支撑座 29 ,以及安在前支撑座 27 上的滑轮 A41 和滑轮 B42 ,配置于后支撑座 29 上的滑轮 C43 和滑轮 D45
以及配置于溜板 32 侧面的滑轮 E44 和滑轮 F46 。一端固定于溜板 21 左上的牵引绳 28 分别绕过滑轮 A41 、滑轮 C43 、滑轮 E44
、滑轮 F46 、滑轮 D45 和滑轮 B42 ,最后固定于溜板 21 右上。采用一根牵引绳 28 牵引,可保证溜板 21 和溜板 32
的两侧受到相同的牵引力,以免增加倾覆力矩。当然,上述的绕绳方式仅是其中一个方案,本专利并不局限于该方案,亦可将上述的溜板 21 和溜板 32
互换方案。 结合图 1 和图 3 ,工作台 3 通过进给机构 8 驱动在水平方向上移动,进给机构 8
可为线性模组或直线电机或'伺服电机 + 丝杠副'的结构。该工作台 3 在进给机构 8 的驱动下时沿水平方向朝 a 向为前移或者朝 b 向为后退。工作台 3
具有底座 9 ,在底座 9 的上表面安装有用于在线测量磨削力的圆环状的测力装置 10 ,测力装置 10
分别检测出磨削过程中的磨削力或抛光过程中的抛光压力,并将检测数据向控制系统输送,保证磨削力或抛光压力等于预设压力;套在测力装置 10
的内部且在水平面内能够旋转的工件主电机轴 11 ,装配于主电机轴 11 上端的由多孔陶瓷材料形成为圆盘状的吸盘 12 ,将被加工基片 W 放在吸盘 12
的上面,吸盘 12 在主电机轴 11 的驱动下沿吸盘转动方向的 i 向旋转。在上述的磨削和抛光加工中,将基片 W 的厚度磨削至预设的厚度。测厚装置 13
检测出定位于吸盘 12 上保持的基片 W 的高度,并将检测数据向控制系统输送,当磨削厚度达到预设厚度时,停止加工进给。 结合图 1 和图 3 ,上述的磨削主轴单元 18 具有主轴座 19 ,在主轴座 19 的内部安装有磨削主轴
17 ,磨削主轴 17 下端安装有可自由回转的磨轮 15 ,磨轮转动方向 16 沿 e 方向转动,主轴座 19 安装于溜板 21 上。在溜板 21
上设有导引滑块 22 ,通过将该导引滑块 22 可移动地嵌合在一对导轨 23 上,磨削主轴单元 18 沿磨削进给方向 20 在 c 或 d
方向上移动。磨削主轴单元 18 具有驱动磨轮 15 进行磨削的电机 26 ,电机 26 驱动与导轨 23 平行的丝杠模块 24 ,该磨削主轴单元 18 在电机
26 正转时沿磨削进给方向 20 中的 d 向下降,在牵引绳 28 的牵引下,抛光主轴单元 36 同时沿抛光进给方向 34 中的 f 向上升;在电机 26
反转时磨削主轴单元 18 沿磨削进给方向 20 中的 c 向上升,抛光主轴单元 36 同时沿抛光进给方向 34 中的 g 向下降。 结合图 1 和图 3 ,上述的抛光主轴单元 35 具有主轴座 33 ,在主轴座 33 的内部安装有抛光主轴
36 ,抛光主轴 36 下端安装有可自由回转的抛轮 37 ,抛轮转动方向 38 沿 h 方向转动,主轴座 33 安装于溜板 32 上。在溜板上 32
设有导引滑块 31 ,通过将该导引滑块 31 可移动地嵌合在一对导轨 30 上,抛光主轴单元 35 沿抛光进给方向 34 在 f 或 g
方向上移动。抛光主轴单元 35 具有驱动抛轮 37 进行抛光的且与导轨 30 平行的气缸 39 。该抛光主轴单元 35 在气缸 39
上腔体通压缩空气时沿抛光进给方向 34 中的 g 向下降,在牵引绳 28 的牵引下,磨削主轴单元 18 同时沿磨削进给方向 20 中的 c 向上升;在气缸
39 下腔体通压缩空气时沿抛光进给方向 34 中的 f 向上升,磨削主轴单元 18 同时沿磨削进给方向 20 中的 d 向下降。 实施例一,采用轴向切入式磨抛方法加工圆片状基片,见图 4 。将被加工基片 W 置于吸盘 12 上,工作台
3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 b 箭头方向前移至磨削主轴单元 18 的下方,将圆片状基片 W 的中心位于磨轮 15 的外边缘处,保持工作台 3
在水平方向上位置固定。在工件主轴 11 的驱动下,使基片 W 沿吸盘转动方向 i 向旋转。磨削主轴单元 18 的磨轮 15 沿磨轮转动方向 1 e
向旋转;同时,磨削主轴单元 18 在电机 26 正转时沿磨削进给方向的 d 向进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W
实施传统的定程磨削加工。或者磨削主轴单元 18 在气缸 39 下腔体通压缩空气时时沿磨削进给方向的 d 向进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W
实施控制力磨削加工,当测厚装置 13 检测到基片 W 的厚度到达预设的厚度后,磨削主轴单元 18 在电机 26 反转时沿磨削进给方向的 c
向上升退刀。磨削加工完毕之后,工作台 3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 b 箭头方向前移至抛光主轴单元 35 的下方,以将圆片状基片 W
的中心位于抛轮 37 的外边缘处,保持工作台 3 在水平方向上位置固定。在工件主电机轴 11 的驱动下,使基片 W 沿吸盘转动方向 i 方向旋转。抛光主轴单元
35 的抛轮 37 沿转动方向 h 向旋转。同时,抛光主轴单元 35 在电机 26 反转时沿抛光进给方向的 g 向下进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W
实施传统的定程抛光加工。或者抛光主轴单元 35 在气缸 39 上腔体通压缩空气时时沿抛光进给方向的 g 向下进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W
实施控制力抛光加工。抛光加工完毕之后,工作台 3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 a 向移出抛光加工区进行卸片。 实施例二,采用径向切入式磨抛方法加工方片状基片,见图 4 。磨削主轴单元 18 的磨轮 15 转动方向为
e 向旋转。同时,磨削主轴单元 18 在电机 26 正转时沿磨削进给方向的 d 向下进给,保持磨削主轴单元 18 在磨削进给方向上位置固定,工作台 3
在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 b 向移动,直至基片 W 边缘接触磨轮 15 的外边缘开始磨削,继续沿水平方向朝 b 向移动,直至基片 W 边缘脱离磨轮
15 的外边缘结束磨削,工作台 3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 a 向移动,返回磨削初始位置,测厚装置 13 测量基片 W
的厚度,完成第一回合的磨削加工;然后,磨削主轴单元 18 在电机 26 正转时沿磨削进给方向的 d 向继续进给一定去除量,保持磨削主轴单元 18
在磨削进给方向上位置固定,进行第二回合的磨削加工,以此类推,直至基片 W 磨削到预设的磨削厚度。磨削加工完毕之后,工作台 3 在进给机构 8
的驱动下沿水平方向朝 b 向向前移至抛光主轴单元 35 的下方,以将圆片状基片 W 的中心位于抛轮 37 的外边缘处,保持工作台 3 在水平方向沿 a 和 b
方向上前后摆动,在工件主电机轴 11 的驱动下,使基片 W 沿吸盘转动方向的 i 向旋转;抛光主轴单元 35 的抛轮 37 以便沿抛轮转动方向 h
方向旋转。同时,抛光主轴单元 35 在电机 26 反转时沿抛光进给方向的 g 向向下降进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W
实施传统的定程抛光加工。或者抛光主轴单元 35 在气缸 39 上腔体通压缩空气时时沿抛光进给方向的 g 向向下进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W
实施控制力抛光加工。抛光加工完毕之后,工作台 3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 a 向移出抛光加工区进行卸片。 实施例三,采用留边磨抛方法加工,见图 5 。当采用小直径磨轮或抛轮 40 时,可以实现留边磨削或留边抛光,
40 小直径磨轮或抛轮的直径略小于基片 W 的半径。将被加工基片 W 载置于吸盘 12 上,工作台 3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 b
向前移至磨削主轴单元 18 的下方,以使磨轮 15 的外边缘通过圆片状基片 W 的中心处,保持工作台 3 在水平方向上位置固定。在工件主电机轴 11
的驱动下,使基片 W 沿吸盘转动方向的 i 向旋转。磨削主轴单元 18 的磨轮 15 以便沿磨轮转动方向 e 向旋转;同时,磨削主轴单元 18 在电机 26
正转时沿磨削进给方向的 d 向下进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W 实施传统的定程磨削加工。或者磨削主轴单元 18 在气缸 39
下腔体通压缩空气时时沿磨削进给方向的 d 向向下进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W 实施控制力磨削加工,当测厚装置 13 检测到基片 W
的厚度到达预设的厚度后,磨削主轴单元 18 在电机 26 反转时沿磨削进给方向的 c 向上升退刀。磨削后的基片 W
在外圆周上保留有环形的边未磨削,用于提高基片 W 的强度。磨削加工完毕之后,工作台 3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 b 向前移至抛光主轴单元 35
的下方,以使抛轮 37 的外边缘通过圆片状基片 W 的中心处,保持工作台 3 在水平方向上位置固定。在工件主电机轴 11 的驱动下,使基片 W
沿吸盘转动方向的 i 方向旋转。抛光主轴单元 35 的抛轮 37 以便沿抛轮转动方向 h 向旋转;同时,抛光主轴单元 35 在电机 26
反转时沿抛光进给方向的 g 向向下进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W 实施传统的定程抛光加工。或者抛光主轴单元 35 在气缸 39
上腔体通压缩空气时时沿抛光进给方向的 g 向下进给,其结果是,对吸盘 12 上的基片 W 实施控制力抛光加工。抛光后的基片 W
在外圆周上保留有环形的边未抛光,用于提高基片 W 的强度。抛光加工完毕之后,工作台 3 在进给机构 8 的驱动下沿水平方向朝 a
箭头方向移出抛光加工区进行卸片。 本发明还具有多种形式的实施例,都 可实现多种磨、抛加工方式
。采用本发明的多功能基片磨抛设备可大大提高磨抛加工的效率和基片的加工精度,降低生产成本,大幅度的提高产品质量。 A multifunctional substrate polishing and burnishing device and a polishing and burnishing method thereof, which belong to the technical field of ultra-precision machining of a planar substrate and relate to polishing and burnishing leveled machining and thinning machining of hard and crisp materials such as silicon wafers, sapphire substrates and glass base plates. The substrate polishing and burnishing method comprises three modes of axial cut-in polishing and burnishing, radial cut-in polishing and burnishing and margin-leaving polishing and burnishing. The polishing and burnishing device adopts a double-spindle structure composed of a spindle polishing unit (18) and a spindle burnishing unit (35), to polish and burnish the substrate on one device. The spindle polishing unit and the spindle burnishing unit are dragged by a traction rope (28) and are in mutual counterweight. The polishing and burnishing device integrates a polishing machine and a burnishing machine. Two working procedures of burnishing and polishing can be finished only by one-time clamping of the substrate. Therefore, the precision of polishing and burnishing machining of the substrate and the automation of polishing and burnishing machining of the substrate are improved, the fragment rate is lowered, and the production efficiency is improved. 1 、 一种 多功能的基片磨抛 方法, 其特征是, 基片磨抛方法采用三种方式: 1 )
当采用轴向切入式磨抛方法加工圆片状基片时,将被加工基片 W 置于吸盘( 12 )上,工作台( 3 )在进给机构( 8 )的驱动下沿水平方向朝( b
)箭头方向前移至磨削主轴单元( 18 )的下方,将圆片状基片( W )的中心位于磨轮( 15 )的外边缘处,保持工作台( 3
)在水平方向上位置固定; 2 )当采用径向切入式磨抛方法加工方片状基片时,磨削主轴单元( 18 )的磨轮( 15 )转动方向为( e
)向旋转;同时,磨削主轴单元( 18 )在电机( 26 )正转时沿磨削进给方向的( d )向下进给,保持磨削主轴单元( 18
)在磨削进给方向上位置固定; 3 )当采用小直径磨轮或抛轮时,采用留边磨抛方法实现留边磨削或留边抛光,小直径磨轮或抛轮的直径略小于被加工基片( W
)的半径,将被加工基片( W )置于吸盘( 12 )上; 当采用上述方法中任意一种方式磨削时,先将被加工基片( W )吸附在所述的吸盘( 12 )上,所述的吸盘( 12
)由多孔陶瓷材料制成圆盘状,进给机构( 8 )驱动所述的工作台( 3 )沿水平方向朝( a )向移至所述的磨削主轴单元( 18 )下方,所述的磨削电机主轴(
17 )驱动所述的磨轮( 15 )沿磨轮转动方向的( e )方向转动,所述的电机( 26 )或所述的气缸( 39 )驱动所述的磨削主轴单元( 18
)沿磨削进给方向( d )向上进给磨削基片( W ),所述的测力装置( 10 )将监测的磨削力传输给控制系统,控制磨削力等于预设值,当所述的测厚装置( 13
)检测到基片( W )达到预设的厚度后,所述的磨削主轴单元( 18 )沿所述的磨削垂直导轨( 23 )上升退刀,自此完成基片 W 的磨削;所述的进给机构( 8
)驱动所述的工作台( 3 )沿水平方向朝( a )向移至所述的抛光主轴单元( 35 )下方,所述的抛光电机主轴( 36 )驱动所述的抛轮( 37
)沿抛轮转动方向的( h )方向转动,所述的电机( 26 )或所述的气缸( 39 )驱动所述的抛光主轴单元( 35 )沿抛光进给方向( g
)向上进给磨削基片( W ),所述的测力装置( 10 )将监测的抛光压力传输给控制系统,控制抛光压力等于预设值,抛光结束后,所述的抛光主轴单元( 35
)沿所述的抛光垂直导轨( 30 )上升退刀,自此完成基片( W )的抛光,所述的测力装置( 10
)分别检测出磨削过程中的磨削力或抛光过程中的抛光压力,并将检测数据向控制系统输送,保证磨削力或抛光压力等于预设压力;所述的工作台( 3 )在所述的进给机构(
8 )的驱动下沿水平方向朝( a )向移出抛光加工区进行卸片。 2
、一种多功能的基片磨抛装置,其特征在于,磨抛装置采用由磨削主轴单元和抛光主轴单元组成的双主轴结构,在一台装置上完成基片的磨削和抛光加工;基片磨抛装置具有长方体状的基座(
1 ),在基座( 1 )的上面固定着一对水平导轨( 5 ),导引滑块( 6 )装在水平导轨( 5 )上,滑板( 7 )与导引滑块( 6 )固结,滑板( 7
)安在工作台( 3 )的下面,即通过导引滑块( 6 )和滑板( 7 )将工作台( 3 )嵌合在一对水平导轨( 5 )上;底座( 9 )安装在工作台( 3
)的上面;在底座( 9 )的上表面安装有用于在线测量磨削力的圆环状的测力装置( 10 ),测厚装置( 13 )安装在工作台( 3 )上;安装在工作台( 3
)中心的工件电机主轴( 11 )是套在测力装置( 10 )的内部,吸盘( 12 )安装在工件电机主轴( 11 )顶部,进给机构( 8 )与工作台( 3
)连接; 立柱( 2 )安装在基座( 1 )的中部,在立柱( 2 )的前侧面固定安装有一对磨削垂直导轨( 23 ),沿垂直进给方向(
c )或( d )向移动的磨削主轴单元( 18 )安装在磨削垂直导轨( 23 )上;沿抛光进给方向( f )和( g )向移动的一对抛光垂直导轨( 30
)固定在立柱( 2 )的后侧面,抛光主轴单元( 35 )安装在抛光导轨( 30 )上;磨削主轴单元( 18 )和抛光主轴单元( 35 )通过悬挂机构( 25
)相互连接,悬挂机构( 25 )通过牵引绳( 28 固定在立柱( 2 )顶部的前支撑座( 27 )和后支撑座( 29 )上。 3 、如权利要求 2 所述的一种基片磨抛装置,其特征在于,所述的磨削主轴单元( 18 )具有主轴座( 19 ),在主轴座(
19 )的内部安装有磨削电机主轴( 17 ),磨削电机主轴( 17 )下端安装有沿 e 方向转动的磨轮( 15 );主轴座( 19 )安装在溜板( 21
)上,在溜板( 21 )上装有导引滑块( 22 ),溜板( 21 )通过导引滑块( 22 )嵌合在一对磨削垂直导轨( 23 )上做移动;固定于溜板( 21
)背面的丝杠机构( 24 )在顶端和电机( 26 )相连接;所述磨削电机主轴( 17 )可驱动所述磨轮( 15 )沿磨轮转动方向的( e
)方向转动,所述电机( 26 )可驱动磨削主轴单元( 18 )沿磨削进给方向( c )或( d )向进行升降运动,同时也可以驱动所述抛光主轴单元( 35
)沿抛光进给方向的( f )和( g )向上进行升降运动,从而实现定程磨削的进给控制方式; 所述的抛光主轴单元( 35 )具有主轴座( 33 ),在主轴座( 33 )的内部安装有抛光电机主轴( 36
),抛光电机主轴( 36 )下端安装有沿( h )方向转动的抛轮( 37 ),主轴座( 33 )安装在溜板( 32 )上,在溜板上( 32 )装有导引滑块(
31 ),溜板上( 32 )通过导引滑块( 31 )嵌合在一对抛光垂直导轨( 30 )上做移动,抛光主轴单元( 35 )沿抛光进给方向( f )或( g
)向上移动;气缸( 39 )平行安装在抛光垂直导轨( 30 )得下端;气缸( 39 )带动抛光主轴单元( 35 )沿抛光进给方向的( g )向下降或( f
)向上升,在牵引绳( 28 )的牵引下,磨削主轴单元( 18 )同时沿磨削进给方向的( c )向上升或( d )向下降; 所述的悬挂机构( 25 )由牵引绳( 28 )分别固定在立柱( 2 )顶部的前支撑座( 27 )和后支撑座( 29
)上,滑轮 A ( 41 )和滑轮 B ( 42 )安装在前支撑座( 27 )上,滑轮 C ( 43 )和滑轮 D ( 45 )安装在后支撑座( 29
)上,滑轮 E ( 44 )和滑轮 F ( 46 )安装在溜板( 32 )侧面;一端固定在溜板( 21 )左上的牵引绳( 28 )分别绕过滑轮 A ( 41
)、滑轮 C ( 43 )、滑轮 E ( 44 )、滑轮 F ( 46 )、滑轮 D ( 45 )和滑轮 B ( 42 ),最后固定在溜板( 21
)右上;牵引绳( 28 )将所述的磨削主轴单元( 18 )和所述的抛光主轴单元( 35 )相连,从而使所述的磨削主轴单元( 18 )和所述的抛光主轴单元(
35 )彼此为配重,保证所述的磨削主轴单元( 18 )和所述的抛光主轴单元( 35 )具有相同的位移量。