一种真空吸附夹持的超光滑平面研磨抛光装置的制作方法

本实用新型涉及一种真空吸附夹持的超光滑平面研磨抛光装置，特别涉及对一种实现加工压力与加工去除厚度在线控制的平面研磨抛光装置。

背景技术：

电子陶瓷材料种类众多，但是应用最广泛的是以氧化铝（Al₂O₃）、氮化铝（AlN）、钛酸钡（BaTiO₃）和钛酸锶（SrTiO₃）为主体系的软脆电子陶瓷，这类材料普遍具有易翘曲、易破碎、难加工等特点。对于这类用于电子元器件材料的加工，一方面要求电子陶瓷基片本身具有高性能、内部组织致密且性能一致；另一方面要求电子陶瓷基片尺寸达到2英寸、厚度达到0.1mm左右、厚度均匀（平面度和TTV小于1μm）、表面平坦和光滑（粗糙度达到Ra0.01μm以下）、表面无损伤。这就要求对基片进行平坦化加工，其传统工艺主要是用贴蜡的方式进行高效研磨、超精密抛光、化学机械抛光和磁流变抛光，材料本身的特性决定了难以得到完整的超薄基片。

研磨和抛光的单面夹持方式多以贴蜡为主，具有夹持牢固，不易松动的特点。但是采用贴蜡的方式加工需要严格的控制蜡层的厚度，对蜡层的均匀性有要求，贴蜡的过程中需要加热，操作不当，也容易造成烫伤。蜡层粘附性较强，工件贴紧后再取下较为困难，对软脆材料更容易造成材料的破碎，想要再加工另一面几乎不可能，因此急需从加工夹持方式入手，选择新的加持方式，满足加工容易，操作方便，安全卫生，材料可重复利用的新的夹持方式。

由于研磨和抛光属于不同的工艺过程，一般采用不同的加工装置及不同的磨料工作液进行加工，加工效率低，难以适应电子信息制造业的高速发展要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置。本实用新型能实现对光学元件及半导体基片在真空吸附夹持下进行高效率平面研磨和超精密无损伤平面抛光，并且能实现加工压力的从零起调以及连续加载，且能实现加工去除厚度的在线控制。本实用新型加工表面质量好，加工效率高，成本低，而且表面加工完整，对软脆材料加工不易破碎。

本实用新型的技术方案是：本实用新型是一种真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置，包括真空吸附发生装置、加工压力和加工厚度调节控制装置、微孔陶瓷真空吸附装置，真空吸附发生装置包括有导气管、真空接头、气路走管，其中真空接头的上部与导气管相连接，真空接头的下部套结在气路走管上；加工压力和加工厚度调节控制装置包括有升降旋头、顶部支撑座、压力表、伸缩弹簧、厚度千分尺、浮动承载板、上连接套筒、弹簧连接下支座、浮动轴、弹簧连接上支座，其中升降旋头与顶部支撑座的上部连接，顶部支撑座的下部与弹簧连接上支座固定，压力表固定在顶部支撑座上，伸缩弹簧的上部与弹簧连接上支座固定，伸缩弹簧的下部与弹簧连接下支座固定，上连接套筒的上部与弹簧连接下支座固定，上连接套筒下部与和浮动承载板固定，厚度千分尺固定在浮动承载板上，浮动承载板与导向柱间隙配合，微孔陶瓷真空吸附装置包括有下连接套筒、微孔陶瓷吸盘套筒、磨抛修整环、微孔陶瓷吸盘，其中微孔陶瓷吸盘镶嵌在微孔陶瓷吸盘套筒内，微孔陶瓷吸盘套筒套在磨抛修整环内，微孔陶瓷吸盘套筒的上部与下连接套筒相连，气路走管贯穿升降旋头、浮动承载板、弹簧连接下支座、浮动轴、弹簧连接上支座、下连接套筒，气路走管的下部通过螺旋副与微孔陶瓷吸盘套筒相连接，从而实现真空吸附发生装置、加工压力和加工厚度调节控制装置、以及微孔陶瓷真空吸附装置三部分之间的连接，使之成为一个整体，下连接套筒上部与浮动承载板相连，实现加工压力和加工厚度调节控制装置与微孔陶瓷真空吸附装置之间的连接，支撑连接柱的下部与磨抛修整环固定，支撑连接柱的上部与顶部支撑座固定，形成整体支座。

本实用新型的真空吸附夹持的超光滑平面研磨抛光装置，通过利用真空吸附的原理，采用微孔陶瓷吸盘和真空吸附装置结合的方式，平整均匀柔和的吸附加工工件进行研磨抛光加工。本实用新型的真空吸附夹持的超光滑平面研磨抛光加工方法，通过旋转升降旋头调整加工压力为0值，校准，将加工工件放于微孔陶瓷吸盘真空吸附区域，调整真空吸附强度使工件吸附牢固，通过添加附加配重和旋转升降旋头来调整压力，根据需求调整厚度千分尺与环形电路间距离，控制加工去除厚度，从而实现加工厚度与加工压力可控的平面研抛加工。

附图说明

图1是本实用新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置的三维示意图；

图2是本实用新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置的斜视图；

图3是本实用新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置的压力调节装置视图；

图4是本实用新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置的真空吸附装置视图；

图5是本实用新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置的加工厚度调节装置视图；

图6是本实用新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置的外支撑框架视图；

图7是本实用新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置的微孔陶瓷吸盘视图；

图中：1. 导气管，2.真空接头，3.气路走管，4.附加配重， 5.升降旋头，6.固定螺母，7.顶部支撑座，8.压力表，9.伸缩弹簧，10.厚度千分尺，11.报报警器，12.支撑连接柱，13.浮动承载板，14.下连接套筒，15.微孔陶瓷吸盘套筒，16.磨抛修整环，17.导向柱，18.环形电路，19.报警器，20.支撑连接柱，21.厚度千分尺，22.上连接套筒，23、导向柱，24.报警器，25.厚度千分尺，26.弹簧连接下支座，27.浮动轴，28.伸缩弹簧，29.固定螺母，30.升降旋头螺纹杆，31.支撑连接柱，32.伸缩弹簧，33.弹簧连接上支座，34.微孔陶瓷吸盘。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此：

实施例一：

如图1～图5所示，本实用新型的一种真空吸附夹持的超光滑平面研磨抛光装置，其特征在于包括真空吸附发生装置、加工压力和加工厚度调节控制装置、微孔陶瓷真空吸附装置。真空吸附发生装置包括有导气管1、真空接头2、气路走管3，其中真空接头2的上部与导气管1相连接，下部套结在气路走管3上；加工压力和加工厚度调节控制装置包括有升降旋头5、顶部支撑座7、压力表8、伸缩弹簧9、28、32、厚度千分尺10、21、25、报警器11、19、24、浮动承载板13、环形电路18、上连接套筒22、弹簧连接下支座26、浮动轴27、弹簧连接上支座33，其中升降旋头5通过螺纹副与顶部支撑座7连接，下部通过螺纹与弹簧连接上支座33固定，压力表固定在顶部支撑座7上，伸缩弹簧9、28、32上部通过螺栓与弹簧连接上支座33固定，下部通过螺栓与弹簧连接下支座26固定，上连接套筒22上部与弹簧连接下支座26固定，下部与和浮动承载板13固定，实现二者的相连，厚度千分尺10、21、25和报警器11、19、24均固定在浮动承载板13上，报警器11、19、24与环形电路18想通，浮动承载板13与导向柱17间隙配合，实现上下定向移动；微孔陶瓷真空吸附装置包括有下连接套筒14、微孔陶瓷吸盘套筒15、磨抛修整环16、微孔陶瓷吸盘34，其中微孔陶瓷吸盘34镶嵌在微孔陶瓷吸盘套筒15内，微孔陶瓷吸盘套筒15套在磨抛修整环16内，微孔陶瓷吸盘套筒15上部与下连接套筒14相连。气路走管3贯穿升降旋头5、浮动承载板13、弹簧连接下支座26、浮动轴27弹簧连接上支座33、下连接套筒14，下部通过螺旋副与微孔陶瓷吸盘套筒15相连接，从而实现真空吸附发生装置、加工压力和加工厚度调节控制装置、以及微孔陶瓷真空吸附装置三部分之间的连接，使之成为一个整体。下连接套筒14上部与浮动承载板13相连，实现加工压力和加工厚度调节控制装置与微孔陶瓷真空吸附装置之间的连接。支撑连接柱12、20、31下部与磨抛修整环16固定，上部与顶部支撑座7固定，形成整体支座。

本实施例中，上述微孔陶瓷吸盘34表面均匀分布着三块微孔区域，通过微孔区域吸附工件。

本实施例中，上述微孔陶瓷吸盘34镶嵌在真空陶瓷吸盘套筒15内部。

本实施例中，上述浮动承载板13开半圆凹槽与支撑连接柱12相配合，在其上上下滑动。

本实施例中，上述厚度千分尺10、21、25和报警器11、19、24均匀分布在浮动承载板13上。

本实施例中，环形电路18排布在磨抛修整环16上，当厚度千分尺10、21、25与环形电路18同时接触时，报警器11、19、24同时报警，此时加工结束。

本实施例中，上述厚度千分尺10、21、25与环形电路18之间的距离实现加工厚度的在线控制。

本实施例中，上述伸缩弹簧9、28、32为可伸长和压缩的弹簧，均匀分布连接在弹簧连接上支座33和弹簧连接下支座26上。

本实施例中，上述压力表固定在顶部支撑座7上，通过齿轮与固定在弹簧连接上支座33上的齿条相配合，从而随着升降旋头5的上下旋动显示压力读数。

本实施例中，上述附加配重4有不同的重量型号，通过间隙配合套在升降旋头5顶部。

本实施例中，上述真空接头2搭在气路走管3上，从而在装置旋转时保持静止。

本实用新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置的平面加工方法，包括如下步骤：将装置置于单面研磨抛光机上，通过旋转升降旋头5调整加工压力为0值，校准，将加工工件放于微孔陶瓷吸盘34真空吸附区域，调整真空吸附强度使工件吸附牢固，通过添加附加配重4和旋转升降旋头5来调整压力，根据需求调整厚度千分尺10、21、25与环形电路18间距离，控制加工去除厚度，从而实现加工厚度与加工压力可控的平面研抛加工。

本实施例中，工件是钛酸锶陶瓷基片：

1）通过旋转升降旋头5调整加工压力为0值，对新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置进行校准。然后将钛酸锶陶瓷基片放于微孔陶瓷吸盘34真空吸附区域，调整真空吸附强度使工件吸附牢固。调整厚度千分尺10、21、25与环形电路18间距离，距离设置为100µm。旋转升降旋头5使压力表8显示压力值为1kg。配置浓度为4wt%的氧化铝研磨液，将设置好压力值和去除厚度的新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置置于单面研磨机上，研磨盘为铸铁盘。将转速设置为45r/min，研磨液流量设置为20mL/min，当去除量达到100µm时，厚度千分尺10、21、25会与环形电路18接触，报警器11、19、24报警，加工停止，从而实现对钛酸锶陶瓷基片高效研磨减薄加工。

2）通过旋转升降旋头5调整加工压力为0值，对新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置进行校准。然后将钛酸锶陶瓷基片放于微孔陶瓷吸盘（34）真空吸附区域，调整真空吸附强度使工件吸附牢固。调整厚度千分尺10、21、25与环形电路18间距离，距离设置为5µm。旋转升降旋头5使压力表8显示压力值为3kg。配置浓度为4wt%的氧化铝抛光液，将设置好压力值和去除厚度的新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置置于单面抛光机上，抛光垫选择聚氨酯材料。将转速设置为45r/min，抛光液流量设置为20mL/min，当去除量达到5µm时，厚度千分尺10、21、25会与环形电路18接触，报警器11、19、24报警，加工停止，从而获得表面粗糙度为Ra10nm的超光滑钛酸锶陶瓷基片。

实施例二：

本实施例中结构与实施例一相同，不同之处是加工压力需要添加附加配重才能实现。

本实施例中加工工件为蓝宝石陶瓷基片。

1）通过旋转升降旋头5调整加工压力为0值，对新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置进行校准。然后将钛酸锶陶瓷基片放于微孔陶瓷吸盘34真空吸附区域，调整真空吸附强度使工件吸附牢固。调整厚度千分尺10、21、25与环形电路18间距离，距离设置为100µm。旋转升降旋头5使压力表8显示最大压力值为3kg，添加重量为1kg的附加配重4，使加工总压力值达到4kg。配置浓度为4wt%的金刚石研磨液，将设置好压力值和去除厚度的新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置置于单面研磨机上，研磨盘为铜盘。将转速设置为45r/min，研磨液流量设置为20mL/min，当去除量达到100µm时，厚度千分尺10、21、25会与环形电路18接触，报警器11、19、24报警，加工停止，从而实现对蓝宝石陶瓷基片高效研磨减薄加工。

2）通过旋转升降旋头5调整加工压力为0值，对新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置进行校准。然后将钛酸锶陶瓷基片放于微孔陶瓷吸盘34真空吸附区域，调整真空吸附强度使工件吸附牢固。调整厚度千分尺10、21、25与环形电路18间距离，距离设置为5µm。旋转升降旋头5使压力表8显示压力值为3kg，添加重量为1kg的附加配重4，使加工总压力值达到4kg。配置浓度为4wt%的金刚石抛光液，将设置好压力值和去除厚度的新型真空吸附夹持超光滑平面研磨抛光装置置于单面抛光机上，抛光垫选择白色合成革材料。将转速设置为45r/min，抛光液流量设置为20mL/min，当去除量达到5µm时，厚度千分尺10、21、25会与环形电路18接触，报警器11、19、24报警，加工停止，获得表面粗糙度为Ra10nm的光滑蓝宝石基片。