CN102172877A - 一种用于高精密和超薄化晶片的磨削装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，包括轴承、外壳、砂轮、砂轮盘、主轴、冷却水套、电机定子、电机转子和密封圈，轴承是气体轴承，气体轴承由上环片、中环片、下环片和中空管组成，上环片和下环片上分别设有进气通孔，并且进气通孔中设置有多孔质材料层；中空管上设置节流通孔，每个节流通孔中设置有节流器；中空管中部内壁上设置有出气槽，中环片中设置有出气孔，外壳还设置有出气口，出气槽通过出气孔和出气口与外部相通。该结构的磨削装置中的轴承具有很高的轴向承载力和刚度，并且轴承摩擦损耗低、精度高，满足加工高精密和超薄化晶片的技术要求。

Description

一种用于高精密和超薄化晶片的磨削装置

技术领域

本发明属于半导体晶片制造装备领域，具体来说，涉及一种用于高精密和超薄化晶片的磨削装置。

背景技术

半导体晶片属于典型的硬脆材料，对其进行高精密、超薄化磨削必须采用具有高刚度、高精度的磨削装置。传统的晶片磨削装置中的主轴采用滚动轴承或者小孔节流静压气体轴承支承。因为滚动轴承的摩擦属于滚子与外圈和内圈之间的滚动摩擦，发热量大，摩擦损耗严重，所以滚动轴承精度低、摩擦损耗高。小孔节流静压气体轴承轴向刚度低。与油轴承和滚动轴承相比，因为气体的可压缩性，所以气体轴承的刚度较低。与其它节流方式相比，采用小孔节流的气体轴承的刚度要更低。所以，无论是采用滚动轴承支承，还是采用小孔节流静压气体轴承支承，都不利于半导体晶片的高精密和超薄化加工。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，使得装置中的轴承具有很高的轴向承载力和刚度，并且轴承摩擦损耗低、精度高，满足加工高精密和超薄化晶片的技术要求。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明的用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，包括轴承、外壳、砂轮、砂轮盘、主轴、冷却水套、电机定子和电机转子，外壳是顶端和底端设置有同轴通孔的筒状体，外壳上部的内壁中嵌有冷却水套，外壳中设置有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口和冷却水出口分别与冷却水套相通，冷却水套套装在电机定子的周向外侧，电机转子固定连接在主轴的顶端，并且电机转子与电机定子相互对应，主轴由轴承支承，并且轴承和外壳固定连接，主轴的底端固定连接砂轮盘，砂轮盘的底端设置有砂轮，所述的轴承是气体轴承，该气体轴承由上环片、中环片、下环片和中空管组成，上环片套装在中空管的顶部，中环片套装在中空管的中部，下环片套装在中空管的底部，上环片与中环片之间设有上环槽，中环片与下环片之间设有下环槽，气体轴承位于外壳的内部，外壳的底端与下环片固定连接，外壳上设置有上进气口和下进气口，并且，上进气口和上环槽相通，下进气口和下环槽相通；所述的上环片和下环片上分别设有偶数个数的进气通孔，并且进气通孔中设置有多孔质材料层；所述的中空管上均匀设置有偶数排数的节流通孔，每排节流通孔沿周向均匀偶数设置，每个节流通孔中设置有节流器；中空管中部内壁上设置有出气槽，中环片中设置有一径向的出气孔，外壳还设置有出气口，出气槽通过出气孔和出气口与外部相通。

有益效果：与现有技术相比，采用本技术方案的有益效果是：轴承具有很高的轴向承载力和刚度，并且轴承摩擦损耗低、精度高，满足加工高精密和超薄化晶片的技术要求。本技术方案中，气体轴承的上环片和下环片中分别设有带有多孔质材料层的进气通孔。多孔质材料层节流，可以使轴承具有较高的轴向承载力和刚度。气体轴承的中空管中设置节流通孔和节流器。节流器节流，可以使轴承具有一定的径向承载力。因此，本技术方案中的气体轴承可以承担较大的轴向载荷和较小的径向载荷。本技术方案中的主轴采用气体轴承支承，因为气体轴承的间隙小且具有均化作用，所以主轴具有非常高的回转精度和轴向精度。同时，气体轴承摩擦损耗低、精度高。因此，设置气体轴承的主轴可以满足磨削高精度、超薄化晶片的技术要求。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图。

图2是本发明中的气体轴承的半剖视图。

图中有：外壳1、冷却水出口2、多孔质材料层3、气体轴承4、上环片41、中环片42、下环片43、中空管44、进气通孔5、上进气口6、出气槽7、下进气口8、第一密封圈9、砂轮10、砂轮盘11、节流通孔12、主轴13、下环槽14、出气孔15、下密封圈16、出气口17、上密封圈18、节流器19、上环槽20、第二密封圈21、冷却水入口22、冷却水套23、电机定子24、电机转子25、上端盖26。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1和图2所示，本发明的一种用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，包括轴承、外壳1、砂轮10、砂轮盘11、主轴13、冷却水套23、电机定子24和电机转子25。轴承、外壳1、砂轮盘11、主轴13、冷却水套23、电机定子24和电机转子25同轴。外壳1是顶端和底端设置有同轴通孔的筒状体。外壳1中设置有冷却水入口22和冷却水出口2。外壳1上部的内壁中嵌有冷却水套23，冷却水入口22和冷却水出口2分别与冷却水套23相通。冷却水套23套装在电机定子24的周向外侧。电机转子25固定连接在主轴13的顶端，并且电机转子25与电机定子24相互对应。主轴13由轴承支承，并且轴承和外壳1固定连接，主轴13的底端固定连接砂轮盘11，砂轮盘11的底端设置有砂轮10。轴承是气体轴承4。该气体轴承4由上环片41、中环片42、下环片43和中空管44组成。气体轴承4优选整体件，即上环片41、中环片42、下环片43和中空管44以一体式结构组成。上环片41套装在中空管44的顶部，中环片42套装在中空管44的中部，下环片43套装在中空管44的底部。上环片41与中环片42之间设有上环槽20，中环片42与下环片43之间设有下环槽14。气体轴承4位于外壳1的内部。外壳1的底端与下环片43固定连接，例如两者可以通过螺钉连接。外壳1上设置有上进气口6和下进气口8，并且，上进气口6和上环槽20相通，下进气口8和下环槽14相通。上环片41和下环片43上分别设有偶数个数的进气通孔5，并且进气通孔5中设置有多孔质材料层3。上环片41中的进气通孔5的数量和下环片43中的进气通孔5的数量优选四个至十六个中的偶数，例如可以是六个、八个、十个或者十二个。多孔质材料层3可以起到节流作用。如果进气通孔5的顶端不设置多孔质材料层3，那么气体轴承4将不具有轴向承载力。相比节流器19，设置多孔质材料层3的气体轴承4的上部和下部具有更大的刚度和轴向承载力。中空管44上均匀设置有偶数排数的节流通孔12。每排节流通孔12沿周向均匀偶数设置。每个节流通孔12的一端与气体轴承4和主轴13之间的间隙相通，每个节流通孔12的另一端与上环槽20或者下环槽14相通。每个节流通孔12中设置有节流器19。节流器19的作用是起节流作用。如果节流通孔12中不安装节流器19，那么气体轴承5将不具有径向承载力。中空管44中部内壁上设置有出气槽7。出气槽7最好是沿着整个周向延伸，即出气槽7为一封闭的圆环形槽。这样，一方面是方便加工，另一方面是便于排除气体。中环片42中设置有一径向的出气孔15。外壳1还设置有出气口17，出气槽7通过出气孔15和出气口17与外部相通。

上述结构的磨削装置工作时，电机定子24和电机转子25高速旋转，产生大量的热。冷却水从冷却水入口22进入冷却水套23中。冷却水吸收电机定子24的热量后，从冷却水出口2流出。升温的冷却水经过冷却后，再流入冷却水入口22。冷却水如此循环，对电机定子24和电机转子25进行冷却。通过外壳1的上进气口6和下进气口8，向主轴13输入压缩气体。通常，压缩气体为空气。压缩气体进入气体轴承4后有两条流通支路，第一条流通支路是：压缩气体进入上环槽20或者下环槽14中，再流经节流通孔12中的节流器19，进入主轴13和气体轴承4之间的径向间隙；第二条流通支路是：压缩气体进入上环槽20或者下环槽14中，流经进气通孔5上端的多孔质材料层3，进入主轴13和气体轴承4之间的轴向间隙。两条流通支路中的压缩空气，都是从上进气口6和下进气口8通入，通过节流器19和多孔质材质层3进入气体轴承4和主轴13之间的间隙。主轴13和气体轴承4之间的间隙内的压力气膜对主轴13提供径向承载力和轴向承载力。

在磨削晶片时，主轴13承受较大的轴向载荷和较小的径向载荷。本技术方案中的气体轴承4的上环片41和下环片43中设置有带有多孔质材料层3的进气通孔5。相比其它节流方式，多孔质材料层3节流具有更高的轴向承载力和刚度。本技术方案中的气体轴承4的中空管44设置含有节流通孔12和节流器19的径向气体轴承部分，通过节流器19提供一定的径向载荷。因此，本技术方案中的气体轴承4可以承担较大的轴向载荷和较小的径向载荷。本技术方案中的主轴13采用气体轴承4支承，因为气体轴承4的间隙小且具有均化作用，所以主轴13具有非常高的回转精度和轴向精度。同时，气体轴承4摩擦损耗低、精度高。因此，设置气体轴承4的主轴13可以满足磨削高精度、超薄化晶片的技术要求。

进一步，所述的下环片43和外壳1的接合面上设置第一密封圈9，上环片41和外壳1的接合面上设置第二密封圈21，中环片42和外壳1的接合面上设置上密封圈18和下密封圈16。增设密封圈，可以放置气体外泄。

进一步，所述的节流通孔12为四排，每排节流通孔12有十二个节流通孔12。节流通孔12的排数和每排节流通孔12的个数都为偶数。例如节流通孔12可以是两排、四排、六排。优选四排节流通孔12。相比两排节流通孔，四排节流通孔12可以提高刚度和承载力。相比六排节流通孔，四排节流通孔12可以减小制造难度和降低生产成本。每排节流通孔12沿周向均匀布置有偶数个数的节流通孔12，一般是十个到十八个节流通孔12，例如可以是十个、十二个、十四个或者十八个。

进一步，所述的用于高精密和超薄化晶片的磨削装置还包括上端盖26，上端盖26固定连接在外壳1顶面上，并且覆盖外壳1顶面的通孔。这样可以避免杂质落入磨削装置中，保证磨削装置的正常工作。

Claims (6)

1.一种用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，包括轴承、外壳（1）、砂轮（10）、砂轮盘（11）、主轴（13）、冷却水套（23）、电机定子（24）和电机转子（25），外壳（1）是顶端和底端设置有同轴通孔的筒状体，外壳（1）上部的内壁中嵌有冷却水套（23），外壳（1）中设置有冷却水入口（22）和冷却水出口（2），冷却水入口（22）和冷却水出口（2）分别与冷却水套（23）相通，冷却水套（23）套装在电机定子（24）的周向外侧，电机转子（25）固定连接在主轴（13）的顶端，并且电机转子（25）与电机定子（24）相互对应，主轴（13）由轴承支承，并且轴承和外壳（1）固定连接，主轴（13）的底端固定连接砂轮盘（11），砂轮盘（11）的底端设置有砂轮（10），其特征在于，所述的轴承是气体轴承（4），该气体轴承（4）由上环片（41）、中环片（42）、 下环片（43）和中空管（44）组成，上环片（41）套装在中空管（44）的顶部，中环片（42）套装在中空管（44）的中部，下环片（43）套装在中空管（44）的底部，上环片（41）与中环片（42）之间设有上环槽（20），中环片（42）与下环片（43）之间设有下环槽（14），气体轴承（4）位于外壳（1）的内部，外壳（1）的底端与下环片（43）固定连接，外壳（1）上设置有上进气口（6）和下进气口（8），并且，上进气口（6）和上环槽（20）相通，下进气口（8）和下环槽（14）相通；所述的上环片（41）和下环片（43）上分别设有偶数个数的进气通孔（5），并且进气通孔（5）中设置有多孔质材料层（3）；所述的中空管（44）上均匀设置有偶数排数的节流通孔（12），每排节流通孔（12）沿周向均匀偶数设置，每个节流通孔（12）中设置有节流器（19）；中空管（44）中部内壁上设置有出气槽（7），中环片（42）中设置有一径向的出气孔（15），外壳（1）还设置有出气口（17），出气槽（7）通过出气孔（15）和出气口（17）与外部相通。

2.按照权利要求1所述的用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，其特征在于，所述的下环片（43）和外壳（1）的接合面上设置第一密封圈（9），上环片（41）和外壳（1）的接合面上设置第二密封圈（21），中环片（42）和外壳（1）的接合面上设置上密封圈（18）和下密封圈（16）。

3.按照权利要求1所述的用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，其特征在于，所述的节流通孔（12）为四排，每排节流通孔（12）有十个至十八个节流通孔（12）。

4.按照权利要求1或3所述的用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，其特征在于，所述的上环片（41）和下环片（43）中分别设置八个进气通孔（5）。

5.按照权利要求1所述的用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，其特征在于，所述的外壳（1）还设有上端盖（26），上端盖（26）固定连接在外壳（1）顶面上，并且覆盖外壳（1）顶面的通孔。

6.按照权利要求1所述的用于高精密和超薄化晶片的磨削装置，其特征在于，所述的上环片（41）、中环片（42）、下环片（43）和中空管（44）以一体式结构组成气体轴承（4）。

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