一种平面带孔硅靶加工工艺的制作方法

本发明属于硅靶机械加工技术领域，特别是涉及一种平面带孔硅靶机械加工技术工艺。

背景技术：

硅靶是一种重要的磁控溅射镀膜靶源，主要用于玻璃、平面显示、太阳能光伏、光通信存储等领域。随着磁控溅射镀膜技术快速发展与应用领域拓展，平面异形硅靶的需求日益增加，特别是一种平面带孔硅靶市场前景广阔。平面硅靶毛坯来源，常规是通过单晶炉提拉法制得单晶、多晶圆棒和通过铸锭炉定向凝固法制得多晶方锭，然后经过切割磨削制成硅靶。由于硅材质比雕刻用材（各种玻璃、水晶、玉石等）具有更高硬度、脆性特点，在机械切割磨削过程中如采用不适宜的加工工艺，极易产生崩边、崩角、裂纹等，严重影响产品成品率与生产成本。对于平面带孔硅靶由于需要在硅板材上加工出直径尺寸精度高（≤±0.1mm）、粗糙度好（≤Ra3.2）、无崩边、裂纹缺陷的孔径，其加工难度较高，常规采用数控金刚石线切割工艺，存在加工效率低下、粗糙度无法达到要求、成品率低、生产成本高等问题，甚至某些硅靶加工企业一直未涉及该方面的加工。

为了适应市场需求，需要解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的针对现有技术存在的不足之处，提供一种仅用常规普通机械设备来加工平面带孔硅靶就能够提高生产成品率的工艺。

本发明的技术方案为：一种平面带孔硅靶加工工艺，该工艺包括以下工序步骤；

（1）平面硅靶板材毛坯的准备：按照常规加工工艺，通过金刚石带锯下料、树脂金刚石砂轮磨削、钢线砂浆切割或金刚石线切割等工艺手段，将硅靶除孔的其余外径尺寸全部加工完毕；也可将毛坯厚度（常规平面硅靶厚度尺寸在3～15mm范围）尺寸预留加工余量0.1～0.3mm（防止后续加工出现操作不当的微小划痕、划伤，影响外观质量）。

（2）平面硅靶的开孔：根据客户图纸孔径尺寸要求,选择外径尺寸小2～4mm的薄壁细颗粒金刚石钻头(常规电镀/青铜烧结金刚石开孔器，也称玻璃、陶瓷开孔器)，在普通立式钻床、车床、铣床、立式数控加工中心等设备均可，采用刀具旋转、工件旋转、刀具与工件同时旋转均可。在钻孔时保证旋转部件稳定高速，进刀磨削先缓慢，待刀具头进入基体1～2mm后可加快钻孔速度，钻孔不可一面钻通，需先一面钻入，在翻转另一面钻通。

该种薄壁细颗粒电镀/青铜烧结金刚石钻头加工硅材质的特点是钻孔速度快，效率高，但该种刀具对于硅材料加工，金刚石颗粒度还是较大，会产生微小崩边与加工表面裂纹，进刀先缓慢后加快与两面钻孔，均是控制微小崩边与加工表面裂纹在2～4mm预留余量中。

（3）平面硅靶的孔口倒角：选用普通车床、钻床、铣床、立式数控加工中心等设备，采用400～800目范围内树脂金刚石伞状砂轮，对开孔后的孔口进行旋转磨削倒角，倒角尺寸一次到位，即加工时考虑孔径尺寸的2～4mm预留量去除后，倒角尺寸仍达到图纸要求。孔口倒角必须两面均加工完毕。

（4）平面硅靶的孔径加工：选用普通车床（刀架处配备旋转轴）、数控铣床、立式数控加工中心等设备，采用400～1200目范围内树脂金刚石圆柱状砂轮，旋转磨削去除孔径尺寸2～4mm预留量，为提高效率与达到精度、粗糙度，可采用400～600目粗磨与800～1200目精磨两序，根据普通设备的精度非常容易达到孔径尺寸≤±0.1mm精度和≤Ra3.2粗糙度要求，甚至可达到孔径尺寸±0.02mm精度和Ra0.4粗糙度。

（5）平面硅靶的平面精磨：如在硅靶板材的准备中厚度预留0.1～0.3mm余量，选用普通平面磨床，采用800～1200目树脂金刚石片状砂轮，进行双面精磨，达到厚度尺寸精度与表面粗糙度要求。

（6）加工完毕后进行检测、清洗、烘干、包装等工序，完成加工。

在上述平面带孔硅靶加工工艺中，由于硅材质具有的高硬度、高脆性特点，无论是开孔、孔口倒角、孔径加工，还是平面精磨，实际均为磨削加工的不同方式，均需要不间断液体冲洗作为冷却、带走粉体作用，其冷却液优先为清水。

在上述平面带孔硅靶加工工艺中，根据薄壁细颗粒电镀/青铜烧结金刚石钻头市场常规供给尺寸，孔径加工范围为10～150mm中任意尺寸，可完全满足客户实际需求。

在上述平面带孔硅靶加工工艺中，描述的是单个通孔加工，可根据客户要求，拓展成单台阶孔、多通孔、多台阶孔的加工工艺。

本发明工艺的显著效果为：采用该加工工艺，仅用常规普通机械设备来加工平面带孔硅靶，可达到加工效率高、尺寸精度高、表面粗糙度好、生产成品率高、生产成本低的效果。

附图说明

图1为平面圆形带孔硅靶的结构示意图；

图2为平面圆形带孔硅靶板材毛坯的示意图；

图3为平面带孔硅靶开孔工序加工示意图；

图4为平面带孔硅靶孔口倒角工序大型伞状砂轮加工示意图；

图5为平面带孔硅靶孔口倒角工序小型伞状砂轮加工示意图；

图6为平面带孔硅靶孔径加工示意图；

图7为平面带孔硅靶平面精磨加工示意图。

图中：1-平面硅靶工件，2-加工孔，3-薄壁细颗粒金刚石钻头，4-树脂金刚石伞状砂轮（大型、小型），5-树脂金刚石圆柱状砂轮，6-树脂金刚石片状砂轮。

具体实施方式

以下所述是本发明的优先实施方式，本发明所保护的不限于以下优选实施方式。应当指出，对本领域的技术人员来说在此发明创造构思的基础上，做出的若干变形和改进，都属于本发明的保护范围。

实施例

将外径Φ100×厚12mm硅靶，中心加工出直径为Φ40±0.1mm的通孔，孔口倒角为0.3×45°，孔壁粗糙度Ra1.6，如附图1平面圆形带孔硅靶的结构示意图所示。

具体工艺加工方法如下：

（1）平面硅靶板材毛坯的准备；Φ100×12.2mm硅板材，除厚度尺寸12预留0.2mm加工余量，其余外形尺寸及精度、表面粗糙度符合图纸外形要求，如附图2所示，采用的常规工艺这里就不累述。

（2）平面硅靶的开孔：选用普通C6140车床，软三爪夹大外圆定位，采用工件旋转刀具不动方式（如加工硅板材外形是矩形、异形，或孔中心不在工件中心位置，可选用钻床、铣床、立式数控加工中心等设备，采用工件不动刀具旋转方式即可，工件定位夹紧这里也不累述了）。使用外径为Φ38薄壁细颗粒金刚石钻头进行双面钻通孔，钻孔时工件（或刀具）保持高速旋转，清水冷却液不间断冲洗，进刀磨削先缓慢，待刀具头进入基体1～2mm后可加快钻孔进刀速度，如附图3所示。

（3）平面硅靶的孔口倒角：选用普通C6140车床，采用600目树脂金刚石伞状砂轮，对开孔后的两面孔口进行旋转磨削倒角，孔口大径为Φ（40+2×0.3+0.2÷2）=Φ40.7mm，如附图4、图5所示。加工时，工件与砂轮保持相反方向的高速旋转，清水冷却液不间断冲洗。

（4）平面硅靶的孔径加工；选用普通C6140车床（刀架处配备旋转轴），采用400目与1000目树脂金刚石圆柱状砂轮，分粗磨与精磨两序，加工内孔直径至Φ40±0.1mm尺寸，如附图5所示。加工时，工件与砂轮保持相反方向的高速旋转，清水冷却液不间断冲洗。

（5）平面硅靶的平面精磨：本硅靶板材毛坯准备厚度预留0.2mm余量，选用普通平面磨床，采用1000目树脂金刚石片状砂轮，进行双面精磨，达到厚度尺寸精度与表面粗糙度要求，如附图6所示。加工时，清水冷却液不间断冲洗。

经批量加工测试，平面硅靶的双面开孔加工时间平均为4分钟，双面孔口倒角加工时间平均为3分钟，孔径磨削加工时间平均为4分钟，双面平面精磨加工时间平均为4分钟，累计单孔单件加工时间为15分钟。基本杜绝了崩边、崩角、裂纹现象发生，产品成品率大于98%；经检测，内孔直径Φ40平均精度为±0.02mm，孔壁平均粗糙度Ra0.4，完全满足硅靶要求。

本发明加工工艺，使用常规普通机械设备加工平面硅靶孔径，达到了加工效率高、尺寸精度高、表面粗糙度好，生产成品率高。