CN103264321A

CN103264321A - 基于介电泳效应的抛光方法及其专有设备

Info

Publication number: CN103264321A
Application number: CN2013102076320A
Authority: CN
Inventors: 邓乾发; 周芬芬; 吕冰海; 袁巨龙; 郭伟刚; 郁炜; 赵萍; 厉淦; 赵天晨
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2013-08-28

Abstract

基于介电泳效应的抛光方法及其专有设备，所述的抛光方法包括：1）工件置于工件夹具，抛光垫粘贴在绝缘板上；2）抛光液和磨粒进入抛光加工区域；3）上抛光盘和下抛光盘与交流电源联接，调频调压控制器控制交流电源，产生非均匀电场，极化抛光液和磨粒；4）极化后的抛光液和磨粒移动到抛光垫；按照本发明所述的抛光方法构建的专有设备，包括带有上抛光盘、下抛光盘和工件夹具的抛光机本体，上抛光盘和下抛光盘上分别加装电极，电极表面设置绝缘板；上抛光盘上设置抛光液注入口；电极分别与交流电源连接，交流电源的电流与调频调压控制器连接。本发明有益效果是：减缓离心力对抛光液及磨粒的甩出，延长抛光液和磨粒的驻留时间，工件平面度更高。

Description

基于介电泳效应的抛光方法及其专有设备

技术领域

本发明涉及一种基于介电泳效应的抛光方法及其专有设备。

背景技术

随着产品性能的不断提高，现代光电信息领域、精密机械领域对材料的加工精度和表面质量要求愈来愈高。材料加工是原始材料到元器件转变的必经途径，加工的精度决定了元器件的性能，加工的效率决定了材料的推广应用进程。

平面抛光技术广泛地应用于光学零件、半导体基片及各类高精度、高表面质量平面元器件的最终加工。抛光过程中，一般通过抛光盘旋转形成与工件之间的相对速度，借助注入抛光区域的抛光液及其中的磨粒，实现工件材料去除。由于抛光盘旋转，抛光液受到离心力作用，总是具有离开抛光盘的趋势，抛光盘转速越快，抛光液驻留加工区域的时间就越短。这势必导致只有少部分抛光液进入实际抛光区域参与材料去除，而大部分抛光液被甩出抛光盘，不能充分发挥作用。特别是在很多光、电子、信息元器件的抛光加工中，为了保证表面质量，抛光液不循环使用，抛光液的无效损耗大大增加了生产成本。同时，离心力使抛光液越靠近抛光垫周缘分布越厚并沿抛光垫径向位置呈现不均匀分布，工件中心部分与周缘部分之间呈现较大的抛光率差，降低了工件的平面化程度，进而降低了工件的抛光精度。传统抛光方式通常采用较低的抛光盘转速，这严重限制了抛光加工的效率。因此，如何提高抛光液在加工区域的驻留时间，已成为实现高效、高质量、低成本抛光加工所面临的主要问题之一。

目前，针对传统平面抛光方法提高加工精度和效率的研究主要集中在对抛光加工参数、抛光液成份、抛光垫材料及结构等方面，对于如何解决平面抛光过程中抛光液及磨粒受离心力作用从加工区域甩出问题的研究及专利还未查见。

一般而言，世界上的物质都具有等量的正电、负电，并且散布在物体内部各处，若是在这物质之外有正电极或负电极靠近（电场存在时），依着同性相斥、异性相吸的原理，负电极靠近的时侯，物体内的正电会偏向被负电极靠近的表面，使得该物体在电场中也会有异性相吸、同性相斥的现象。传统电泳是指带电微粒在均匀电场中受到电场作用力。介电泳是指中性微粒在非均匀电场中极化，发生极化后的微粒因电场强度分布不同，使两端所受的电场力大小不同，因而朝向所受电场强度大的电极方向移动，所受电场作用力称为介电泳作用力。中性微粒在交流电场中会被极化而运动。整个介电泳系统因为交流电，电场方向会不断地改变，极化中的微粒也会因此不断改变自己内部电子的排列，电子在微粒中移动速度影响微粒的移动方向。在交流电场中，电极的极性不断地正负交替，微粒其内部的电子能快速地随着电极的极性而移动，因此，微粒仍朝着电场强度较高的方向移动。本发明利用这一思路对目前的抛光机进行改装，从而获得抛光效率更高、成本低、避免抛光液和磨粒浪费的设备。

发明内容

本发明针对目前的平面抛光过程中抛光液及磨粒受离心力作用从加工区域甩出造成进入实际抛光区域参与材料去除的磨料量下降、无法充分发挥磨料加工作用、抛光液在加工区域分布不均匀的问题，提出了一种不浪费抛光液、抛光效果好的基于介电泳效应的抛光方法及其专有设备。

基于介电泳效应的抛光方法，包括以下步骤：

1）工件置于工件夹具,抛光垫粘贴在绝缘板上；

2）抛光液和磨粒从抛光液注入口进入位于上抛光盘和下抛光盘之间的抛光加工区域；

3）装有电极的上抛光盘和下抛光盘与交流电源相联接，调频、调压控制器控制交流电源的电压和频率发生变化，使得上抛光盘上连接的电极与下抛光盘连接的电极之间产生非均匀电场，抛光加工区域中的抛光液液滴和磨粒在电极产生的非均匀电场中发生极化在其表面产生感应电荷；

4）抛光加工区域中极化后的抛光液液滴和磨粒受到介电泳力（电场力）的作用移动到上下抛光垫附近，从而减缓离心力对抛光液和磨粒的直接甩出作用，使得进入抛光区域参与工件材料去除的抛光液和磨粒数量增加，对工件表面进行抛光。

按照本发明所述的抛光方法构建的专有设备，包括带有上抛光盘、下抛光盘和工件夹具的抛光机本体，所述的工件夹具位于所述的上抛光盘与所述的下抛光盘之间的抛光加工区域，其特征在于：所述的上抛光盘和所述的下抛光盘上分别加装电极，每个所述的电极面向抛光加工区域的表面设置绝缘板，且所述的绝缘板表面粘贴抛光垫；所述的上抛光盘上设置抛光液注入口；所述的上抛光盘的电极和所述的下抛光盘的电极分别与交流电源连接，所述的交流电源的电流输入端与调频调压控制器连接，控制交流电源的电压与频率。

工作原理：交流电源同时给上、下抛光盘电极加上电压，随着输入电压值和频率变化，两极板间形成一个非均匀电场，初始为中性状态的抛光液液滴及磨粒在非均匀电场内发生极化，使得抛光液液滴和磨粒表面产生感应电荷。感应电荷受非均匀电场的介电泳力（电场力）作用，驱动极化的抛光液液滴及磨粒向抛光盘的电极移动，使得极化的抛光液液滴及磨粒具有吸咐在抛光盘表面趋势。

本发明的有益效果是：介电泳力（电场力）对抛光液及磨粒的吸咐作用能够减缓离心力对抛光液及磨粒的甩出作用，相应增加加工区域内参与工件材料去除的磨粒数量，延长抛光液和磨粒在加工区域内的驻留时间。由于更多磨粒对工件的微切削作用实现高效加工。同时，介电泳力（电场力）使得极化的抛光液液滴及磨粒吸咐在抛光盘表面趋势改善了抛光液及磨粒在抛光盘表面的分布均匀性，工件可获得更高的平面度。

附图说明

图1是本发明的结构图（箭头方向代表上、下抛光盘的旋转方向）。

图2a是中性微粒在电极中的初始状态(1’代表电极；2’代表中性微粒)。

图2b是中性微粒在非均匀电场中会发生极化的过程(1’代表电极；2’代表中性微粒；3’代表交流电源)。

图2c是极化后微粒内部电荷会随着电极极性变化向微粒表面移动后微粒会受非均匀电场的电场力（或称介电泳力）作用的运动图(1’代表电极；2’代表中性微粒；3’代表交流电源)。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1基于介电泳效应的抛光方法，包括以下步骤：

1）工件7置于工件夹具,抛光垫粘贴在绝缘板上；

2）抛光液和磨粒8从抛光液注入口进入位于上抛光盘和下抛光盘之间的抛光加工区域；

实施例2按照实施例1所述的抛光方法构建的专有设备，包括带有上抛光盘1、下抛光盘2和工件夹具3的抛光机本体，所述的工件夹具3位于所述的上抛光盘1与所述的下抛光盘2之间的抛光加工区域，所述的上抛光盘1和所述的下抛光盘2上分别加装电极4，每个所述的电极4面向抛光加工区域的表面设置绝缘板5，且所述的绝缘板5表面粘贴抛光垫51；所述的上抛光盘1上设置抛光液注入口11；所述的上抛光盘1的电极和所述的下抛光盘2的电极分别与交流电源6连接，所述的交流电源6的电流输入端与调频调压控制器61连接，控制交流电源的电压与频率。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims

1.一种基于介电泳效应的抛光方法，包括以下步骤：

1）工件置于工件夹具,抛光垫粘贴在绝缘板上；

3）抛光时，装有电极的上抛光盘和下抛光盘与交流电源相联接，调频、调压控制器控制交流电源的电压和频率发生变化，使得上抛光盘上连接的电极与下抛光盘连接的电极之间产生非均匀电场，抛光加工区域中的抛光液液滴和磨粒在电极产生的非均匀电场中发生极化在其表面产生感应电荷；

2.按照权利要求1所述的抛光方法构建的专有设备，包括带有上抛光盘、下抛光盘和工件夹具的抛光机本体，所述的工件夹具位于所述的上抛光盘与所述的下抛光盘之间的抛光加工区域，其特征在于：所述的上抛光盘和所述的下抛光盘上分别加装电极，每个所述的电极面向抛光加工区域的表面设置绝缘板，且所述的绝缘板表面粘贴抛光垫；所述的上抛光盘上设置抛光液注入口；所述的上抛光盘的电极和所述的下抛光盘的电极分别与交流电源连接，所述的交流电源的电流输入端与调频调压控制器连接，控制交流电源的电压与频率。