CN102794687A - 一种蓝宝石晶片倒角设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓝宝石晶片倒角设备及方法。所述倒角设备包括金刚石砂轮系统，由位置固定的主轴带动旋转的金刚石砂轮，用于蓝宝石晶片的倒角磨削，真空承片台，通过吸盘吸附规律排列的蓝宝石晶片，并通过电缸滑座带动移动至金刚石砂轮系统进行倒角磨削。具有经济实惠耐用，操作简单，加工时间短的特点，磨削效果，即提高了产品成品率，又降低了产品的生产成本。

Description

一种蓝宝石晶片倒角设备及方法

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石晶片倒角设备及方法。

技术背景

蓝宝石硬度高、熔点高、透光性好，化学性能稳定，广泛应用于机械、光学、信息等高技术领域。人工生长的蓝宝石具有很好的耐磨性，硬度仅次于金刚石达到莫氏9级。由于蓝宝石硬度高而且脆性大，故对其进行机械加工非常困难，尤其是GaN生长的蓝宝石衬底片，其精密加工技术更是复杂，是当今重点研究的课题之一。

蓝宝石衬底晶片是LED产业链的核心环节，以往这种产品的制造技术都被国外公司垄断，其关键技术和专利多掌握在美、日大厂手中，为迅速切入该领域，国内企业大多只能以“加工模式”与外资合作，购买外资提供的技术和设备后组织生产。

目前国内蓝宝石衬底的加工工艺在批量生产中出现这样的不足之处：加工过程中蓝宝石片崩边、缺口比例较高，占总数的5%~8%，这样就影响整个蓝宝石衬底加工流水线的成品率。

蓝宝石晶片加工工艺中含有倒角工序，倒角的目的是：                                                避免边缘崩裂；

防止晶格缺陷的产生；

增加外延层及光阻层的平坦度。

1、避免边缘崩裂：

蓝宝石晶片在加工和使用过程中会受到片盒或机械等工具的撞击，蓝宝石晶片边缘会产生应力集中而导致破裂，破裂的颗粒会形成污染。

2、防止晶格缺陷的产生：

蓝宝石晶片在进入元器件的制造过程中会有较多的热周期，这些加热或冷却的过程非常迅速，在某些区域会产生热应力，一旦热应力超过晶体的弹性强度，会产生差排及位错，而蓝宝石晶片的边缘正是热应力易于集中的区域。

3、增加外延层及光阻层的平坦度：

外延生长过程中锐角区域的生长速率会比平面高，因此使用未经倒角的蓝宝石晶片容易在边缘区域产生突起。

目前现有技术倒角工序存在以下缺陷：a.倒角残留b.宽幅不均c.倒角崩边d.裂纹。 

产生缺陷原因：                                                                  

倒角残留：中心定位装置故障或中心定位不到位；

宽幅不均 ：蓝宝石片厚度不良、晶片翘曲、金刚石砂轮精度不良；

倒角崩边：

     1、晶片厚度（薄片容易产生崩边）；

     2、金刚石研磨砂轮不均匀；

     3、冷却水流量不足或位置偏离；

裂纹：

    1、倒角机吸附部件上有异物；

    2、研削台上有毛刺。

发明内容

本发明根据现在国内蓝宝石衬底加工工艺的不足，提供了一台蓝宝石衬底精密磨削设备，具有经济实惠耐用，操作简单，加工时间短的特点，磨削效果，即提高了产品成品率，又降低了产品的生产成本。

本发明的技术方案是：

一种蓝宝石晶片倒角设备，其特征在于所述倒角设备包括

金刚石砂轮系统，由位置固定的主轴带动旋转的金刚石砂轮，用于蓝宝石晶片的倒角磨削，

真空承片台，通过吸盘吸附规律排列的蓝宝石晶片，并通过电缸滑座带动移动至金刚石砂轮系统进行倒角磨削。

进一步地，所述倒角设备还包括

冷却系统，含有自动检测水箱水位高低的智能感应器，用于冷却金刚石砂轮系统， 

安全保护系统， 包含一道气缸带动的自动门，其控制电磁阀与电缸成互锁状态，当工件在切削时，自动门被锁定，处于保护状态。

进一步地，所述真空承片台包含一个排片装置，通过摆动气缸的旋转控制吸盘盖张开和加紧蓝宝石晶片，其中，摆动气缸的控制电磁阀与安全保护系统的自动门气缸呈互锁状态。

一种蓝宝石晶片倒角方法，其特征在于该倒角方法包括以下步骤：

排片步骤，通过真空承片台的吸盘吸取固定蓝宝石晶片；

对刀步骤，摆动气缸带动吸盘向上摆动，通过电缸滑座移动至砂轮上方，再调节摆动气缸使吸盘向下摆动与砂轮接触，形成切割角度与砂轮对齐，再通过电缸滑座使吸盘移至原点处；

倒角步骤，通过真空承片台的水平移动，调整真空承片台与固定金刚石砂轮系统之间的位置关系进行倒角磨削。

在蓝宝石晶片加工前期工程中，由于切割成型的晶片存在着边缘崩边、裂纹、应力集中等物理特性差的现象，需要倒角机对蓝宝石衬底晶片进行边缘磨削加工，以改善晶片的物理性能。

倒角是将晶片边缘修整成圆弧状，改善晶片边缘的机械强度，避免应力集中造成的缺陷。

本发明使用成型电镀金刚石砂轮，装砂轮主轴固定不动，砂轮高速旋转，真空承片台吸附晶片，真空承片台移动到砂轮处使晶片与金刚石砂轮进行高速磨削，此方法通过改变真空承片台前后移动位置来调节施加在晶片上给进力的大小。由于该法磨削阻力小，磨削时进给力均匀，对晶片不会造成破损，这样就明显减小了成品的细小缺口和崩边比例，同时通过更换真空承片台尺寸可精确加工各种非圆形宝石片。 

主要技术参数：

1.磨削范围：工件直径尺寸为50~150mm,厚度为0.5mm。

2.机床外廓尺寸（长*宽*高）：1340mm*1240mm*2150mm(不包括电器悬挂系统尺寸)。

3.机床重量：总重不超过1.5 吨。

4.砂轮架：砂轮直径160mm,分上下两层砂轮，砂轮主轴转速5000r/min，最大砂轮处直径的砂轮线速度6.7m/s。

5.电缸系统：电缸的移动行程650mm,滑座的移动速度65mm/s,倒角一个产品

时不超过20s。

6.冷却系统：采用智能感应装置，自动检测水箱水位高低。

7.安全保护门: 自动门用控制电磁阀与电缸成互锁状态，当工件在切削时，自动门被锁定，处于保护状态，安全可靠。

8. 对刀模式：摆动气缸带动真空吸盘向上摆动，通过电缸滑座移动至砂轮上方，再调节摆动气缸使真空吸盘向下摆动与砂轮接触，成一定角度与砂轮对齐，再通过电缸滑座使真空吸盘移至原点处。通过对刀，能保证吸盘抓取的蓝宝石晶片保持正确的角度和姿态去和砂轮接触。

主要运动部件介绍：

1. 主轴旋转

主电机把转速和扭矩通过多楔带传递给主轴，主轴带动砂轮一起旋转，电机的转速可通过变频器频率来调节。

2. 电缸滑座往复运动，带动吸盘也做往复运动，真空吸盘吸附工件、再磨削工件。

3. 吸盘在90 度内做上下摆动，主要是受伺服电机控制，分为上工位和下工位，运动的最大位置处相对于水平成45度称之上工位，运动到最大位置处相对于水平成负45度角称之下工位。

4. 旋转摆动气缸，通过气缸轴连接吸盘盖，摆动吸盘盖分为张开和夹紧两个工位，吸盘盖张开时取、放工件，吸盘盖夹紧时加工工件，摆动气缸控制电磁阀与门气缸成互锁状态。          

附图说明

图1为本发明蓝宝石晶片倒角设备结构示意图。

图2为本发明倒角设备主机结构示意图。

其中，外罩1，透明视窗2，主机3，悬挂系统4，自动移门5，产品放置盒6，电气控制柜7，冷却系统8，主电机30，电缸31，给进电机32，摆动电缸33，吸盘34，多楔带35。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1和图2所示，本方案使用成型电镀金刚石砂轮，装砂轮主轴固定不动，砂轮高速旋转，真空承片台吸附晶片，真空承片台移动到砂轮处使晶片与金刚石砂轮进行高速磨削，此方法通过改变真空承片台前后移动位置来调节施加在晶片上给进力的大小。由于该法磨削阻力小，磨削时进给力均匀，对晶片不会造成破损，这样就明显减小了成品的细小缺口和崩边比例，同时通过更换真空承片台尺寸可精确加工各种非圆形宝石片。 

主要技术参数：

1. 磨削范围：工件直径尺寸为50~150mm,厚度为0.5mm。

2. 机床外廓尺寸（长*宽*高）：1340mm*1240mm*2150mm(不包括电器悬挂系统尺寸)。

3. 机床重量：总重不超过1.5 吨。

4. 砂轮架：砂轮直径160mm,分上下两层砂轮，砂轮主轴转速5000r/min，最大砂轮处直径的砂轮线速度6.7m/s。

5. 电缸系统：电缸的移动行程650mm,滑座的移动速度65mm/s,倒角一个产品

时不超过20s。

6. 冷却系统：采用智能感应装置，自动检测水箱水位高低。

7. 安全保护门: 自动门用控制电磁阀与电缸成互锁状态，当工件在切削时，自动门被锁定，处于保护状态，安全可靠。

  主要运动部件介绍：

1. 主轴旋转

主电机把转速和扭矩通过多楔带传递给主轴，主轴带动砂轮一起旋转，电机的转速可通过变频器频率来调节。

2. 电缸滑座往复运动，带动吸盘也做往复运动，真空吸盘吸附工件、再磨削工件。

3. 吸盘在90 度内做上下摆动，主要是受伺服电机控制，分为上工位和下工位，运动的最大位置处相对于水平成45度称之上工位，运动到最大位置处相对于水平成负45度角称之下工位。

4. 旋转摆动气缸，通过气缸轴连接吸盘盖，摆动吸盘盖分为张开和夹紧两个工位，吸盘盖张开时取、放工件，吸盘盖夹紧时加工工件，摆动气缸控制电磁阀与门气缸成互锁状态。

Claims (4)

1. 一种蓝宝石晶片倒角设备，其特征在于所述倒角设备包括

金刚石砂轮系统，由位置固定的主轴带动旋转的金刚石砂轮，用于蓝宝石晶片的倒角磨削，

真空承片台，通过吸盘吸附规律排列的蓝宝石晶片，并通过电缸滑座带动移动至金刚石砂轮系统进行倒角磨削。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石晶片倒角设备，其特征在于所述倒角设备还包括

冷却系统，含有自动检测水箱水位高低的智能感应器，用于冷却金刚石砂轮系统， 

安全保护系统， 包含一道气缸带动的自动门，其控制电磁阀与电缸成互锁状态，当工件在切削时，自动门被锁定，处于保护状态。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石晶片倒角设备，其特征在于所述真空承片台包含一个排片装置，通过摆动气缸的旋转控制吸盘盖张开和加紧蓝宝石晶片，其中，摆动气缸的控制电磁阀与安全保护系统的自动门气缸呈互锁状态。

4.一种蓝宝石晶片倒角方法，其特征在于该倒角方法包括以下步骤：

排片步骤，通过真空承片台的吸盘吸取固定蓝宝石晶片；

对刀步骤，摆动气缸带动吸盘向上摆动，通过电缸滑座移动至砂轮上方，再调节摆动气缸使吸盘向下摆动与砂轮接触，形成切割角度与砂轮对齐，再通过电缸滑座使吸盘移至原点处；

倒角步骤，通过真空承片台的水平移动，调整真空承片台与固定金刚石砂轮系统之间的位置关系进行倒角磨削。