CN102873594B - 一种高度可调的倾角式超声振动加工装置 - Google Patents
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Abstract
一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，涉及一种光电产业与半导体产业硬脆性材料加工装置。提供一种固定磨粒超声椭圆振动的角度与高度可调，可提高加工效率的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置。氧化铈固结磨料砂轮与应变片式压力传感器粘贴在超声振子的底部，超声振子与弹簧座固定，弹簧座上装有2个弹簧，弹簧座与微动平台固定，微动平台固定在转轴的凹槽上，转轴与主轴相连接，主轴通过联轴器与旋转电机连接，旋转电机与旋转电机转接板和电机支撑板固定在箱体上，倾角旋转臂将倾角旋转电机与箱体连接，倾角旋转电机与倾角旋转电机锁板固定。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电产业与半导体产业硬脆性材料加工装置，尤其是涉及一种高度可调的倾角式超声振动加工装置。
背景技术
单晶硅由于其出色的机械与电特性，被认为是机电制造业最重要的半导体材料之一。近年来，大尺寸的硅晶片的加工越来越受到重视，其通常的加工方法是用金刚石砂轮进行磨削，然后用化学机械抛光（CMP）就行抛光加工。
当前的硅晶片最终加工的核心技术是化学机械抛光，其原理是工件与抛光垫在一定的压力与抛光液（抛光颗粒、化学试剂和液体）做相对的旋转运动，依靠磨粒的磨削及化学试剂的腐蚀作用完成加工。在现阶段，由于机械化学抛光存在抛光颗粒可控性差，加工效率低，抛光液的大量使用易造成污染等问题。
金刚石固结磨粒加工是将金刚石磨粒与结合剂结合，然后固定在加工工具上进行加工。金刚石固结磨粒加工技术融合了化学机械抛光与磨削的特性，可以获得较好的工件几何精度，提高加工的效率并减少环境污染。
日本秋田县立大学开发了一种二维超声波辅助化学机械复合加工装置，应用二维超声振动辅助金刚石固结磨粒加工可以获得更好的加工效果，见参考文献《Performance improvementof chemo-mechanical grinding in single crystal silicon machining by the assistance of ellipticalultrasonic vibration》和《Two Dimensional Ultrasonic Vibration Assisted Chemo-MechanicalGrinding of Si wafer》，但由于椭圆振动磨粒与工件垂直，会造成较深的表面与亚表面缺陷。同时由于缺少合适的加工装置，导致加工效率较低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有二维超声振动金刚石固结磨粒加工的不足，提供一种固定磨粒超声椭圆振动的角度与高度可调，可提高加工效率的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置。
本发明设有倾角旋转电机锁板、倾角旋转电机、旋转电机、旋转电机转接板、电机支撑板、主轴、轴承盖板、箱体、微动平台、弹簧座、超声振子、氧化铈固结磨料砂轮、倾角旋转臂、联轴器、箱体连接板、转轴、弹簧和应变片式压力传感器。
所述氧化铈固结磨料砂轮与应变片式压力传感器粘贴在超声振子的底部，超声振子与弹簧座固定，弹簧座上装有2个弹簧，弹簧座与微动平台固定，微动平台固定在转轴的凹槽上，转轴与主轴相连接，主轴通过联轴器与旋转电机连接，旋转电机与旋转电机转接板和电机支撑板固定在箱体上，倾角旋转臂将倾角旋转电机与箱体连接，倾角旋转电机与倾角旋转电机锁板固定。
所述氧化铈固结磨料砂轮与应变片式压力传感器可通过固定胶粘贴在超声振子的底部；所述超声振子可通过螺钉与弹簧座固定；所述弹簧座可通过螺钉与微动平台固定；所述微动平台可通过螺钉固定在转轴的凹槽上；所述转轴可通过螺钉与主轴相连接；所述旋转电机可通过螺钉与旋转电机转接板和电机支撑板固定在箱体上；所述倾角旋转臂可通过螺钉将倾角旋转电机与箱体连接；所述倾角旋转电机与倾角旋转电机锁板可通过螺钉固定。
与现有的二维超声振动金刚石固结磨粒加工设备相比，本发明结构简单，调整方便，可以通过倾角旋转电机调整整个装置与工件的角度，产生倾斜的椭圆振动，微动平台可以调整每个磨粒产生椭圆振动的高度，在垂直加工时，氧化铈固结磨料砂轮可以随着旋转电机做相对于工件的转动。本装置可以放置多个超声振子，提高加工的效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
图2为本发明实施例的结构组成侧视图。
图3为本发明实施例的微动超声振子装置的结构组成侧视图。
图4为本发明实施例的倾斜椭圆超声振动加工示意图。
以下给出图1～4中各主要部件的标记：
1-倾角旋转电机锁板，2-倾角旋转电机，3-旋转电机，4-旋转电机转接板，5-电机支撑板，6-主轴，7-轴承盖板，8-箱体，9-微动平台，10-弹簧座，11-超声振子，12-氧化铈固结磨料砂轮，13-倾角旋转臂，14-联轴器，15-箱体连接板，16-转轴，17-弹簧，18-应变片式压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述。
如图1～4所示，本发明实施例设有倾角旋转电机锁板1、倾角旋转电机2、旋转电机3、旋转电机转接板4、电机支撑板5、主轴6、轴承盖板7、箱体8、微动平台9、弹簧座10、超声振子11、氧化铈固结磨料砂轮12、倾角旋转臂13、联轴器14、箱体连接板15、转轴16、弹簧17和应变片式压力传感器18；所述氧化铈固结磨料砂轮12与应变片式压力传感器18粘贴在超声振子11的底部，超声振子11与弹簧座10固定，弹簧座10上装有两个弹簧17，弹簧座10与微动平台9固定，微动平台9固定在转轴16的凹槽上，转轴16与主轴6相连接，主轴6通过联轴器14与旋转电机3连接，旋转电机3与旋转电机转接板4和电机支撑板5固定在箱体8上，倾角旋转臂13将倾角旋转电机2与箱体8连接，倾角旋转电机2与倾角旋转电机锁板1固定。
所述氧化铈固结磨料砂轮12与应变片式压力传感器18可通过固定胶粘贴在超声振子11的底部；所述超声振子11可通过螺钉与弹簧座10固定；所述弹簧座10可通过螺钉与微动平台9固定；所述微动平台9可通过螺钉固定在转轴16的凹槽上；所述转轴16可通过螺钉与主轴6相连接；所述旋转电机3可通过螺钉与旋转电机转接板4和电机支撑板5固定在箱体8上；所述倾角旋转臂13可通过螺钉将倾角旋转电机2与箱体8连接；所述倾角旋转电机2与倾角旋转电机锁板1可通过螺钉固定。
当进行垂直椭圆振动加工时，首先，将工件固定在加工装置的下方，由于在氧化铈固结磨料砂轮12与超声振子11间贴有应变片式压力传感器18，当氧化铈固结磨料砂轮12与工件接触时，应变片式压力传感器18的输出会有变化。其次，通过微动平台9调节一个超声振子11的高度，使输出电压在一定的范围。然后，分别调整其他超声振子的高度，当每个传感器的输出都处于同一范围内，可以认为每个磨料都与工件接触，即可以进行超声振动辅助加工。通过旋转电机3可以使氧化铈固结磨料砂轮12共同转动，做相对工件的旋转运动，提高加工效率。
当进行倾斜椭圆振动超声辅助加工时，整个装置的状态如图4所示，首先通过倾角旋转电机2，将整个装置调整到一定的角度，通过微动平台9先调节一个个氧化铈固结磨料砂轮12的高度使其与工件接触，输出电压在一定的范围。然后调节其他固结磨料砂轮的高度，使传感器18的输出都在预先设定的范围，即可以认为每个磨料都与工件接触到，这时就可以进行椭圆振动辅助加工，由于整个装置与工件成一定的角度，所以产生的超声椭圆振动是倾斜的，这样就可以减小氧化铈固结磨料砂轮12与工件接触的垂直方向的压力，从而减小了工件的表面与亚表面损伤，提高了加工效果。
Claims (9)
1.一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于设有倾角旋转电机锁板、倾角旋转电机、旋转电机、旋转电机转接板、电机支撑板、主轴、轴承盖板、箱体、微动平台、弹簧座、超声振子、氧化铈固结磨料砂轮、倾角旋转臂、联轴器、箱体连接板、转轴、弹簧和应变片式压力传感器；
所述氧化铈固结磨料砂轮与应变片式压力传感器粘贴在超声振子的底部，超声振子与弹簧座固定，弹簧座上装有2个弹簧，弹簧座与微动平台固定，微动平台固定在转轴的凹槽上，转轴与主轴相连接，主轴通过联轴器与旋转电机连接，旋转电机与旋转电机转接板和电机支撑板固定在箱体上，倾角旋转臂将倾角旋转电机与箱体连接，倾角旋转电机与倾角旋转电机锁板固定。
2.如权利要求1所述的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于所述氧化铈固结磨料砂轮与应变片式压力传感器通过固定胶粘贴在超声振子的底部。
3.如权利要求1所述的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于所述超声振子通过螺钉与弹簧座固定。
4.如权利要求1所述的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于所述弹簧座通过螺钉与微动平台固定。
5.如权利要求1或4所述的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于所述微动平台通过螺钉固定在转轴的凹槽上。
6.如权利要求1所述的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于所述转轴通过螺钉与主轴相连接。
7.如权利要求1所述的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于所述旋转电机通过螺钉与旋转电机转接板和电机支撑板固定在箱体上。
8.如权利要求1所述的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于所述倾角旋转臂通过螺钉将倾角旋转电机与箱体连接。
9.如权利要求1所述的一种高度可调的倾角式超声振动加工装置，其特征在于所述倾角旋转电机与倾角旋转电机锁板通过螺钉固定。
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