一种硬脆半导体材料的加工方法及其磨削机床

1.本发明涉及半导体材料加工，更具体的说是一种硬脆半导体材料的加工方法及其磨削机床。


背景技术：

2.硬脆半导体材料可以用作大型射频器件和功率器件中，如卫星、基站、雷达、无线充电器件和电源开关等。硬脆半导体材料不仅应用于航空航天和国防领域中，而且国内外民用行业也广泛使用硬脆半导体材料作为功率器件的基材，如国外的pi、纳微，国内的英诺塞科、ti、英飞凌、安世、epc和大连芯冠等企业。硬脆半导体在射频和功率方面的优势是显著的，其驱动消耗小，工作频率高；无反向恢复带来的损耗和可靠性问题，转换效率高；死区时间短，负电流低，对变压器的磁损和铜损小；导通电阻小，在工作中导通损耗低，如在晶体管中使用，晶体管的晶圆面积可以进一步缩小。
3.尽管硬脆半导体的各种性能优良，但是制造和加工成本高。硬脆半导体材料属于半导体材料中难加工材料，在生产中首先需要对硬脆半导体材料进行物理提纯或化学提纯，将纯度提升到6个9以上，物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制和拉晶提纯等，其中最常用的是区域精制。在对硬脆半导体材料提纯后，需要通过机械加工的方式将硬脆半导体加工至产品应用所需的形状。
4.但是由于硬脆半导体材料的硬度较大，属于难加工材料，需要经过特殊的加工方法与加工机床，才能得到良好的表面质量。


技术实现要素：

5.本发明提供一种硬脆半导体材料的加工方法及其磨削机床，目的是可以提高硬脆半导体材料表面加工的质量。
6.上述目的通过以下技术方案来实现：
7.一种硬脆半导体材料的加工方法，包括以下步骤：
8.s1、采用等离子体流降低硬脆半导体材料表面的硬度；
9.s2、采用金刚石材质的打磨件对硬脆半导体材料表面进行磨削。
10.上述加工方法还使用一种硬脆半导体材料等离子体机械复合磨削机床，所述机床包括：等离子体存储器，以及固定并连通在等离子体存储器上的等离子体传送管道，以及固接并连通在离子体传送管道自由端的等离子体喷嘴；
11.还包括砂轮磨削机构，所述砂轮磨削机构包括砂轮固定装置，以及设置在砂轮固定装置后端的砂轮转轴衬套，以及通过砂轮固定装置驱动且转动连接在砂轮转轴衬套内的砂轮转轴，以及与砂轮转轴传动连接的金刚石砂轮；
12.其中，等离子体喷嘴能够调至准金刚石砂轮处。
13.还包括安装在等离子体存储器上且靠近金刚石砂轮一侧的传送管道可伸缩支柱，以及固接在可伸缩支柱自由端上的传送管道支架，等离子体传送管道设置在传送管道支架
上。
14.还包括用于驱动砂轮固定装置升降的砂轮磨削机构升降台。
15.还包括使驱动砂轮固定装置左移的砂轮左侧移动机构，以及使驱动砂轮固定装置右移的砂轮右侧移动机构，以及固接在砂轮磨削机构升降台上用于对驱动砂轮固定装置的左右两侧进行限位的砂轮移动机构左侧挡板和砂轮移动机构右侧挡板。
16.还包括行星盘工件装夹机构，所述行星盘工件装夹机构包括自身轴线与砂轮转轴轴线平行的行星盘工件装夹主轴,以及能够绕行星盘工件装夹主轴轴线转动的四个周向均匀分布的吸附件。
17.还包括调节行星盘工件装夹主轴的行星盘升降平台，所述调节的方式包括转动、升降和左右移动。
18.所述行星盘升降平台调节行星盘工件装夹主轴位置的结构与砂轮磨削机构中调节金刚石砂轮位置的结构相同。
附图说明
19.图1是本发明的整体结构示意图；
20.图2是等离子体喷射机构和砂轮磨削机构示意图；
21.图3是砂轮磨削机构的主视图；
22.图4是砂轮装夹部分放大图；
23.图5是行星盘升降平台示意图；
24.图6是行星盘升降平台主视图；
25.图7是行星盘工件装夹机构示意图；
26.图8是本发明的整体结构俯视图；
27.图9是本发明的整体结构右视图。
具体实施方式
28.一种硬脆半导体材料的加工方法，包括以下步骤：
29.s1、采用等离子体流降低硬脆半导体材料表面的硬度；
30.s2、采用金刚石材质的打磨件对硬脆半导体材料表面进行磨削。
31.如图1所示，上述加工方法还使用一种硬脆半导体材料等离子体机械复合磨削机床，包括砂轮磨削机构1、等离子体喷射机构2、行星盘升降平台3和行星盘工件装夹机构，所述行星盘工件装夹机构位于行星盘升降平台3和砂轮磨削机构1之间；
32.其中，砂轮磨削机构1用于对硬脆半导体材料的表面进行磨削；
33.等离子体喷射机构2用于提供等离子体流至磨削处以降低硬脆半导体材料的表面硬度；
34.行星盘工件装夹机构用于固定硬脆半导体材料；
35.行星盘升降平台3用于调节行星盘工件装夹机构的位置；
36.其中，等离子体喷射机构2可以参看图2：
37.等离子体喷射机构2包括等离子体存储器11、等离子体传送管道10、传送管道可伸缩支柱57、传送管道支架56和等离子体喷嘴58，等离子体传送管道10一端与等离子体喷嘴
58固定并连通，另一端与等离子体存储器11固接并连通，传送管道可伸缩支柱57与传送管道支架56连接，可通过传送管道可伸缩支柱57调节传送管道支架56距离等离子体存储器11的距离，等离子体传送管道10为硬质柔性装置，可进一步调节等离子体喷嘴58相对于金刚石砂轮20的相对位置。
38.其中，砂轮磨削机构1可以参看图3：
39.砂轮磨削机构1包括砂轮移动机构左侧挡板4、砂轮左侧移动机构5、砂轮固定装置6、砂轮磨削机构升降台7、砂轮右侧移动机构8和砂轮移动机构右侧挡板9；
40.砂轮左侧移动机构5用于带动砂轮固定装置6向左侧移动，通过砂轮移动机构左侧挡板4限制砂轮固定装置6左侧移动位置，砂轮右侧移动机构8带动砂轮固定装置6向右侧移动，通过砂轮移动机构右侧挡板9限制砂轮固定装置6右侧移动位置。
41.进一步的，还包括不锈钢薄螺母19、金刚石砂轮磨削区域21、砂轮安装支架23、砂轮转轴垫片24、砂轮转轴25、砂轮转轴衬套26、焊接t型螺母27和砂轮装夹垫片28；
42.砂轮安装支架23一边与砂轮转轴25连接，另一边与金刚石砂轮20连接，砂轮安装支架23和砂轮转轴25中间放置砂轮转轴垫片24，砂轮安装支架23和金刚石砂轮20中间放置砂轮装夹垫片28，砂轮安装支架23、砂轮转轴垫片24和砂轮转轴25通过不锈钢薄螺母19连接，砂轮安装支架23、砂轮装夹垫片28和金刚石砂轮20通过焊接t型螺母27连接，砂轮转轴25和砂轮固定装置6中间放置砂轮转轴衬套26。
43.其中，行星盘工件装夹机构可以参看图7：
44.行星盘工件装夹机构包括行星盘工件装夹主轴47、真空吸盘装夹垫片50、不锈钢薄螺母53、行星盘1号真空吸盘44、行星盘1号工件装夹台45、行星盘1号工件轴46、行星盘2号工件轴48、行星盘2号工件装夹台49、行星盘2号真空吸盘51、行星盘3号真空吸盘52、行星盘3号工件装夹台54、行星盘3号工件轴55、行星盘4号工件轴41、行星盘4号工件装夹台42和行星盘4号真空吸盘43；
45.行星盘工件装夹主轴47在四个方向分别安置行星盘1号工件轴46、行星盘2号工件轴48、行星盘3号工件轴55、行星盘4号工件轴41，四个工件轴与行星盘工件装夹主轴47夹角为直角，行星盘1号工件轴46连接行星盘1号工件装夹台45，通过真空吸盘装夹垫片50和不锈钢薄螺母53与行星盘1号真空吸盘44连接，行星盘2号工件轴48连接行星盘2号工件装夹台49，通过真空吸盘装夹垫片50和不锈钢薄螺母53与行星盘2号真空吸盘51连接，行星盘3号工件轴55连接行星盘3号工件装夹台54，通过真空吸盘装夹垫片50和不锈钢薄螺母53与行星盘3号真空吸盘52连接，行星盘4号工件轴41连接行星盘4号工件装夹台42，通过真空吸盘装夹垫片50和不锈钢薄螺母53与行星盘4号真空吸盘43连接；
46.其中，行星盘升降平台3可以参看图5：
47.行星盘升降平台3包括横梁12、左侧支柱13、行星盘移动机构升降台14、中间支柱15、两侧支柱水平调节器16、中间支柱固定盘17、中间支柱顶部支撑29、中间支柱顶部调节器30、中间支柱水平调节器31、右侧支柱34、两侧支柱固定盘35、行星盘移动机构升降台14、工件行星盘左侧移动机构32、行星盘移动机构左侧挡板33、行星盘移动机构固定装置36、工件行星盘右侧移动机构39和行星盘移动机构右侧挡板40，；
48.横梁12左侧连接左侧支柱13，右侧连接右侧支柱34，中间连接中间支柱顶部支撑29，中间支柱顶部调节器30一端连接中间支柱顶部支撑29，一端连接中间支柱15，中间支柱
顶部调节器30通过调节中间支柱15和中间支柱顶部支撑29的角度，调节中间支柱15与行星盘移动机构升降台14水平，中间支柱水平调节器31放置于中间支柱15和中间支柱固定盘17之间，用来辅助调节中间支柱的位置，两侧支柱水平调节器16放置于左侧支柱13、右侧支柱34和两侧支柱固定盘35之间，用来调节两侧支柱的水平位置；其中，砂轮磨削机构升降台7和行星盘移动机构升降台14优选采用液压升降平台。
49.行星盘升降平台3包括工件行星盘左侧移动机构32带动行星盘移动机构固定装置36向左侧移动，通过行星盘移动机构左侧挡板33限制行星盘移动机构固定装置36左侧移动位置，工件行星盘右侧移动机构39带动行星盘移动机构固定装置36向右侧移动，通过行星盘移动机构右侧挡板40限制行星盘移动机构固定装置36右侧移动位置；
50.上述中提及的移动机构，优选采用气浮导轨，基于气体动静压效应，实现无摩擦和无振动的平滑移动。通过与伺服驱动，传感器组成闭环系统，实现高精度位移定位。而对应的挡板处有位移传感器，可以识别到移动机构移动到极限位置，反馈到电脑上，使移动机构及时停止；而移动机构的安装则采用将自身的外壳通过螺栓与对应的台面连接。
51.在使用中需要先确定等离子体存储器11压强是否正常，然后通过等离子体传送管道10调节等离子喷嘴58的位置，测试等离子体流流动正常；等离子体存储器11内部通过电极施加高脉冲电压，产生稳定的等离子流，通过等离子喷嘴58喷出，在砂轮装置使用之前，需先测试砂轮的转动正常，无偏转和颤动等情况；首先利用化学反应对硬脆半导体材料进行表面改性，降低硬脆半导体材料的硬度，改善硬脆半导体材料的加工性能，在利用金刚石砂轮与硬脆半导体材料的机械摩擦作用进行磨削去除，通过不断的降低硬脆半导体材料的硬度和金刚石砂轮磨削去除硬脆半导体材料，获得硬脆半导体材料的高表面质量，此外，本发明不仅可以同时调节砂轮和工件的水平位置和垂直位置，而且可以装夹4个硬脆半导体材料，进行连续加工，在保证加工精度的同时，提高了加工效率。