专利名称：芯片双面研抛机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械设备，即一种芯片双面研抛机。
背景技术：
随着现代科学技术及产业化的发展，单晶硅芯片在电子、光学、仪器仪表、航天航 空、民用等领域获得了日益广泛的应用。芯片在加工过程中多要进行高精度的研磨抛光。如 大规模集成电路芯片的加工，对各加工面的平面度、粗糙度以及各面之间的平行度、厚度尺 寸公差等参数都有极高的精度要求。显然，实现多侧面同时磨抛加工，对于提高多侧面形状 和位置的精度具有重要意义。可是，目前能够同时研磨多个侧面的设备均属于游离磨粒加 工设备，靠游离分散的磨粒作自由滑动、滚动和冲击来完成研磨过程，这种工艺只能提升工 件的表面光洁度，不能确定各侧面之间的形位关系，而且效率和精度都很低，清理切屑和磨 粒也比较麻烦，极易造成加工表面的划伤。而能够进行形位定量磨削的研磨抛光设备则多 为单面磨削设备，还不能同时进行双面研磨。用这种设备研磨多个侧面，需要转换工作的角 度或反复装卡定位，都会形成较大的误差。同时，现有设备在磨削过程中还会产生大量磨削 热，加之工件夹紧方式多为点固定，受力不均，工件的表面完整性极易恶化，形状和位置的 精度不易控制。诸此原因，使得芯片加工成本居高不下，少则占制品总成本的30-50%，高则 达到90%，严重影响了芯片的广泛应用。因此，改进芯片加工设备，提高工艺水平，降低生产 成本，是国内外同行的共同目标。发明内容本实用新型的目的是提供一种能够同时进行双面研磨，且加工精度高、质量好、 效率高、操作简便、成本低廉的芯片双面研抛机。上述目的是由以下技术方案实现的研制一种芯片双面研抛机，包括机架和磨头。 其特点是所说的磨头有两个，相对安装在机架上，分别由不同的传动装置带动旋转，其中 至少有一个磨头设有进给装置，两个磨头之间设有工件卡紧机构。所说的磨头有上磨头和下磨头，上下相对安装在机架上，机架有两支竖立的导 轨，导轨上各装配一支可上下滑动的滑柱，两滑柱上端刚连一支横梁，横梁中部上方装有上 磨头电机，上磨头电机的动力输出轴向下穿过横梁并连接上磨头；机架下部设有平台，平台 上面装有下磨头电机，下磨头电机动力输出轴上端装配下磨头，下磨头上面设有工件卡紧 装置；横梁下面两侧各连接一支进给丝杠，进给丝杠下端穿过平台，与进给齿轮的中心螺孔 相配合，进给齿轮由平台下面的进给电机带动。所说的下磨头是一个由中心轮、行星齿轮和外齿圈组成的行星轮系，其中，中心轮 与下磨头电机的动力输出轴上端相固连，外齿圈为内齿环，其内环直径大于中心轮的外径， 外齿圈套装在中心轮的外面，通过托板与支架相连；中心轮与外齿圈之间啮合有一个或多 个行星齿轮，行星齿轮的中孔为工件卡装口，中心轮下面装有环状磨片，磨片的上表面与行 星齿轮的下端面相对。所说的行星齿轮的工件卡装口外围开有卡簧槽，卡簧槽内配装环状卡簧，卡簧一端铰链在槽底上，另一端外侧与铰链在槽底上的偏心轮状卡锁外周表面为自锁配合。所说的机架上还设有自动控制装置。所说的自动控制装置是装在上磨头电机动力输出轴上的压力传感器。所说的自动控制装置是装在横梁下面以及下磨头上面的的位置传感器。本实用新型的有益效果是能够在工件的一次装夹中实现芯片的双面磨削，提高 加工面之间的平行度和厚度尺寸精度；行星轮安装方便，可同时加工多个工件；工件表面 加工纹理轨迹双向交叉，没有方向一致且相互重合的纹理，去屑力强而均勻，表面平整度 高；采用环状卡具，适于大小不同的工件，而且施力均勻，避免工件的装夹变形；装有在线 检测装置，实行自动控制，提高加工效率和工件表面质量。
图1是一种实施例的主视图；图2是这种实施例的俯视图；图3是这种实施例的仰视图；图4是这种实施例的部件下磨头总成的放大主视图；图5是这种实施例的部件下磨头总成的放大俯视图；图6是这种实施例的部件行星轮的放大主视图；图7是这种实施例的部件行星轮的放大俯视图；图8是这种实施例的部件卡簧的放大主视图；图9是这种实施例的部件卡簧的放大俯视图；图10是这种实施例的部件行星轮与卡簧的装配主视图；图11是这种实施例的部件行星轮与卡簧的装配俯视图；图12是这种实施例的部件行星轮装卡工件的剖面图。图中可见机架1，导轨2，滑柱3，横梁4，上磨头电机5，压力传感器6，位置传感器 7，上磨头8，下磨头9，丝杠10，平台11，下磨头电机12，进给电机13，进给齿轮14，支架15， 托板16，磨片17，底板18，中心轮19，行星齿轮20，外齿圈21，工件22，卡簧23，工件卡装口 24，卡簧槽25，卡锁26。
具体实施方式
本实用新型总的构思是采用两个相对安装的磨头，同时对工件两侧进行磨削，从 而提高加工精度和加工效率。下面仅介绍一种实施例如图1、2、3所示，这种设备的机架上面左右各有一个竖立的导轨2，导轨2里面各 配装一支滑柱3，两个滑柱3的上端支撑一支横梁4，横梁4中上方装有一个上磨头电机5， 电机5的动力输出轴向下过横梁4装配一个上磨头8，机架1的下部有一个平台11，平台11 上面装有一个下磨头电机12，下磨头电机12的动力输出轴上端装配一个下磨头9。在横梁 4的下面两侧各有一根丝杠10，丝杠10向下穿过平台11配插在进给齿轮14的中心螺孔里 面。进给齿轮14由进给电机13通过变速齿轮带动。此外，在上磨头电机5的动力输出轴 下部装有一个压力传感器6，在横梁4的下面装有一个位置传感器7。结合图4、5可知下磨头9是一个行星轮系。行星轮系的中心是由下磨头电机12的动力输出轴支撑的中心轮19，外围是由支架15和托板16共同支撑的外齿圈21，中心轮19 与外齿圈21之间可配装一个或多个行星齿轮20。结合图6、7可见行星齿轮20的中孔是 插装工件22的工件卡装口 24，中孔外围开有大半圈的卡簧槽25，卡簧槽25里面配有一个 卡簧23。结合图8、9可见，卡簧23是一个大半圆形的钢片，一头有孔，可通过销轴铰链在 卡簧槽25的槽底上，另一头呈鱼尾状，其外侧恰与一个卡锁26相配合。卡锁26上面有轴 孔和扳孔，轴孔处于偏心位置，可通过转轴使卡锁26与槽底相铰链，扳孔可插入专用扳手。 结合图10、11、12可见，工件22装入工件卡装口 24，向内扭转偏心轮状的卡锁26，即可内推 卡簧23压紧工件22，同时卡簧23和卡锁26的接触面形成自锁，不易放松。当工件加工完 毕，反向扭动扳手，卡簧23张开，即可取出工件22。图4、5还可看到中心轮19的下面固连一层底板18，底板18上面开有环形凹槽， 槽内装有环形磨片17，环形磨片17与行星齿轮20的工件卡装口 24相对且有一定的间隙。 结合图12可见，工件装入卡装口 24时，其上下端面均突出与中心轮的上下端面，这样，工件 即可与磨片接触进行研磨，而行星齿轮20则不能磨损。根据行星轮系的特点可知工件在受到某一旋向磨削的同时，本身也在按相同方 向或相反方向旋转。反方向旋转研磨效果不言而喻，即使同方向旋转，由于转速相差很大， 也能够受到研磨。因此，无论在何种情况下，工件表面上的加工轨迹都不是一种单向的弧 线，而是两种反向交叉的弧线。这种轨迹说明工件同时受到两个相反方向的磨削，相当于反 复磨削，且没有方向一致和重合的加工纹理，表面质量和加工精度明显提高，而且去屑效果 强于单向磨削，因而在微小进给的情况下仍能获得有效的去屑效果，所以非常适合芯片的 高精度研抛工艺。由于加工精度要求高，超出了人力操作所能达到的范围，因此，在这种设备上装配 了自动控制系统。自动控制系统包括位置传感器7和压力传感器6。位置传感器7由装在 横梁4下面的激光发射器和装在下磨头上面的激光接收器组成。压力传感器6采用声波发 射传感器，装在上磨头电机5的动力输出轴下端。作业时，当上磨头没有接触工件或压力不 足时，声波发射传感器对声音信号进行处理后，向下面的进给电机13发出进给指令，使磨 头与工件压紧。由于行星齿轮20可上下浮动，工件对下磨头的压力平时靠自重产生，在上 磨头向下压紧时，工件两侧压力相等。当工件加工完毕，位置传感器7的激光发射器和接收 器把所测得的距离信号传递给进给电机13，令其停止并反转，丝杠10和进给齿轮14螺孔配 合推顶上磨头8上行，即可取下工件。
权利要求一种芯片双面研抛机，包括机架和磨头，其特征在于所说的磨头(8、9)有两个，相对安装在机架(1)上，分别由不同的传动装置带动旋转，其中至少有一个磨头设有进给装置，两个磨头之间设有工件卡紧机构。
2.根据权利要求1所述的一种芯片双面研抛机，其特征在于所说的磨头有上磨头(8) 和下磨头(9)，上下相对安装在机架(1)上，机架(1)有两支竖立的导轨(2)，导轨(2)上各 装配一支可上下滑动的滑柱(3)，两滑柱(3)上端刚连一支横梁(4)，横梁(4)中部上方装 有上磨头电机(5)，上磨头电机(5)的动力输出轴向下穿过横梁⑷并连接上磨头⑶；机 架(1)下部设有平台(11)，平台(11)上面装有下磨头电机(12)，下磨头电机(12)的动力 输出轴上端装配下磨头(9)，下磨头(9)上面设有工件卡紧装置；横梁(4)下面两侧各连接 一支进给丝杠(10)，进给丝杠(10)下端穿过平台(11)，与进给齿轮(14)的中心螺孔相配 合，进给齿轮(14)由平台(11)下面的进给电机(13)带动。
3.根据权利要求2所述的一种芯片双面研抛机，其特征在于所说的下磨头(9)是一 个由中心轮(19)、行星齿轮(20)和外齿圈(21)组成的行星轮系，其中，中心轮(19)与下 磨头电机(12)的动力输出轴相固连，外齿圈(21)为内齿环，其内环直径大于中心轮(19) 的外径，外齿圈(21)套装在中心轮(19)的外面，通过支架(15)与机架(1)相连；中心轮 (19)与外齿圈(21)之间有一个或多个行星齿轮(20)，行星齿轮(20)的中孔为工件卡装口 (24)，中心轮(19)下面装有环状磨片(17)，磨片(17)的上表面与行星齿轮(20)的下端面 相对。
4.根据权利要求3所述的一种芯片双面研抛机，其特征在于所说的行星齿轮的工件 卡装口(24)外围开有卡簧槽(25)，卡簧槽(25)内配装环状卡簧(23)，卡簧(23) —端铰链 在卡簧槽(25)槽底上，另一端外侧与铰链在卡簧槽(25)槽底上的偏心轮状卡锁(26)的外 周表面为自锁配合。
5.根据权利要求1所述的一种芯片双面研抛机，其特征在于所说的机架(1)上还设 有自动控制装置。
6.根据权利要求5所述的一种芯片双面研抛机，其特征在于所说的自动控制装置是 装在上磨头电机(5)动力输出轴上的压力传感器(6)。
7.根据权利要求6所述的一种芯片双面研抛机，其特征在于所说的压力传感器(6) 是一种声波发射传感器。
8.根据权利要求5所述的一种芯片双面研抛机，其特征在于所说自动控制装置是装 在横梁(4)下面以及下磨头(9)上面的位置传感器(7)。
9.根据权利要求8所述的一种芯片双面研抛机，其特征在于所说的位置传感器(7) 是一种激光发射器和接收器。
专利摘要本实用新型涉及一种机械设备，即一种芯片双面研抛机，包括机架和磨头，其特征在于所说的磨头有两个(8、9)，相对安装在机架(1)上，分别由不同的传动装置带动旋转，其中至少有一个磨头设有进给装置，两个磨头之间设有工件卡紧机构。有益效果是能够实现双面磨削，提高加工面之间的平行度和距离精度；行星轮安装方便，可同时加工多个工件；工件表面加工轨迹双向交叉，去屑力强而均匀，表面平整度高；采用环状卡具，适于大小不同的工件，而且施力均匀，避免工件的装夹变形；装有在线检测装置，实行自动控制，提高加工效率和表面质量。
文档编号B24B37/04GK201693450SQ201020224368
公开日2011年1月5日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者刘爽爽, 刘龙凯, 彭彩浩, 徐兆亭, 李长河, 王志国 申请人:青岛理工大学