CN104942703A - 具有自适应弯曲控制的研磨设备或载具 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了具有自适应弯曲控制的研磨设备或载具。本发明公开了一种用于研磨装置的自适应弯曲结构或插件。在所示的实施例中上述弯曲结构在弯曲节点之间提供了一更宽的控制宽度用于对研磨工件施加弯曲力，或者提供一更长的梁长度以在上述弯曲结构的外端部增加输入行程。在所示的实施例中，上述弯曲结构的外部弯曲手指具有比内部弯曲手指更宽的宽度，用于提供更宽的自适应弯曲结构的控制宽度。上述弯曲结构的较宽的弯曲手指连接到一致动器模块的致动器手指以适应上述致动器模块，从而提供一增加的控制宽度用于在研磨过程中控制工件的弯曲度和曲率。

Description

具有自适应弯曲控制的研磨设备或载具
发明内容
本发明公开了一种用于研磨工件的带有自适应弯曲控制的研磨设备或载具。在所示的实施例中，该研磨设备采用了一种自适应弯曲结构，其能够在该弯曲结构的端部弯曲节点处提供更广的控制宽度或者增加的行程。通过在该弯曲结构的宽度方向上延伸的多个弯曲手指将输入弯曲施加到该弯曲结构的弯曲节点上。多个弯曲手指与致动器模块的多个致动手指对准，多个致动器手指能够对弯曲手指提供双向力。弯曲通过该弯曲手指被传递给支撑用于研磨的工件的工件平台。
在所示的实施例中，该弯曲结构端部的外端弯曲手指具有与一个或多个内端弯曲手指相比延伸的宽度，用于适应致动器模块从而在研磨过程中提供用于控制工件弯曲度或曲率的增加的控制宽度。对弯曲手指的输入通过将弯曲手指连接到该工件平台的一个支撑结构上的一个或多个弯曲梁被传递到工件平台。连接到外端弯曲手指上的弯曲梁比连接到上述一个或多个内端弯曲手指的弯曲梁具有更长的梁长度，用于提供在端部弯曲节点具有增加的行程的自适应弯曲结构。通过阅读下述结合相关附图的详细说明和评述，本发明实施例的其它特征和益处是显而易见的。
附图说明
图1是用于本申请中描述的研磨组件的实施例的工件的简要示意图：
图2A是一研磨组件的简要示意图，该研磨组件采用了可连接到致动器模块的致动器元件上的多个弯曲手指以控制工件(例如图1中所示的滑条)的弯曲；
图2B是用于将致动器元件连接到载具或弯曲结构的弯曲手指的连接元件的详细示意图；
图2C是与图2A中相似的研磨装置的简要示意图，该研磨装置用于研磨具有更宽的横向宽度的工件；
图2D是用于控制工件弯曲的自适应载具或弯曲结构的简要示意图，该工件与图2C相似具有更宽的横向宽度；
图2E示出了致动器模块的致动手指与弯曲手指的连接关系，此处该结构的外端弯曲手指具有自适应的或者更宽的横向宽度；
图3A-3B示出了模块化载具组件的实施例，其包含一载具基座和弯曲插件，该弯曲插件包括用于对工件施加弯曲以用于研磨的弯曲手指；
图4A是图3A-3B所示的弯曲插件的透视图；
图4B是图4A所示的弯曲插件的后视图；
图4C是图4A-4B所示的弯曲插件的端视图；
图4D是图4A所示的部分4D的详细示意图，其示出了具有一自适应的手指宽度以提供自适应的弯曲结构的弯曲手指，该弯曲结构与图2D相似；
图4E是沿着图4C中的线4E-4E所示出的剖视图；
图4F是图4E中的部分4F的详细示意图；
图5是用于针对不同研磨应用来调整研磨设备的步骤的流程图。上述附图适用于说明性目的，本发明的特征和所示的元件不一定按比例绘制。
具体实施方式
本申请涉及一种载具或弯曲结构，该载具或弯曲结构用于在研磨过程中对工件施加弯曲从而控制工件的研磨轮廓。研磨工艺被用于去除工件上的材料以控制工件的各种尺寸和参数。本申请所述的载具或弯曲结构的实施例被用于研磨如图1所示的滑条以制造用于在磁性存储介质上读取或写入数据的数据存储设备的磁头100。如图1所示，换能器磁头100一般被制造在晶片衬底102上。磁头100的换能器元件104采用薄膜沉积技术被沉积或形成在晶片衬底102的表面106上。在换能器元件104的沉积之后，晶片102被切成条块108。条块108被切成条堆109，条堆109被切成滑条110。滑条110具有前缘112，后缘114，空气承载表面116以及后表面118。换能器元件104沿着空气承载表面116形成在滑条110的后缘114上。滑动块110被研磨以控制条110的厚度和换能器元件的条纹高度，以及用于提高滑条110的空气承载表面116和后表面118的平坦度、弯曲度和垂直度。接下来被研磨的条110被切片用来形成数据存储设备的单个的换能器磁头100。通常，条110由陶瓷材料形成，例如氧化铝(AL2O3)-碳化钛(Ti-C)，同时换能器元件104包括通过薄膜沉积层形成的读和写元件。
图2A示意性地示出了一个研磨设备或组件的实施例，其包括一包含多个弯曲手指122A-L用于调整工件124的轮廓的载具或弯曲结构120，该工件124被该载具或弯曲结构支撑进行研磨。在图2A示出的实施例中，工件124是一滑条110。工件124或滑条110被支撑在工件平台126上并且被偏压在磨料研磨表面128上进行研磨。在所示的实施例中，该磨料研磨表面被设置在一旋转台板上，其相对于工件124如箭头130所示的方向移动用来从工件124上去除材料。该载具或弯曲结构120被连接到臂132(虚线所示)从而在相对于研磨表面128的方向上支撑工件124或滑条。如箭头134所示，力通过臂132施加用来将工件124偏压在磨料研磨表面128上。
在研磨过程中，弯曲力被施加到工件124上以控制工件的轮廓。弯曲力通过一致动器模块140施加，致动器模块140包括多个致动器元件或者致动器手指142通过设置在载具或弯曲结构120上的多个弯曲手指122对工件124提供弯曲力。该致动器元件或手指142提供如箭头144所示的双向输入力以提供双向的输入给弯曲手指122A-L。所示的致动器元件142包括音圈致动元件142，但是申请不限定于特定的致动器结构。电流被提供给音圈致动器元件以施加与所提供的电流成比例的力。如图2A所示，输入力被提供给多个弯曲手指122A-L以通过多个与弯曲手指122A-L排列对准的弯曲节点150对工件124施加弯曲力。端部节点150A-L之间的宽度尺寸提供一调整研磨工件的弯曲度和轮廓的控制宽度。
如图所示，致动器元件或手指142通过控制器152的硬件和软件部分被控制，该控制是以沿着工件124或滑条110间隔设置的使用了控制算法的电子研磨导向装置154的反馈为基础的。因此，如图所示，控制器152利用研磨导向装置154的反馈来提供输入力以调整工件124的弯曲度或曲率。该输入力或弯曲力还被用来减小工件124中的残余应力。上述致动器或手指142被连接到弯曲手指122以通过连接元件施加弯曲力。如图2B所示，上述连接元件包括一设置在致动器手指142上的指状突起部分160，该指状突起部分160插入一设置在弯曲手指122A-L上的槽162中。槽162包括上表面和下表面164、166，以便于通过弯曲手指122A-L产生双向的弯曲力输入。上和下所指的是在研磨过程中的取向，其中下指的是接近磨料研磨表面128的位置，同时上指的是与磨料研磨表面128间隔开的位置。因此，指状突起部分160连接到上表面164在第一方向上提供一弯曲力输入124，以及连接到下表面166在第二相反的方向上提供一弯曲力输入，用来提供一输入弯曲轮廓以补偿工件的曲率或弯曲度或者控制滑条110的换能器元件的条纹高度。尽管示例公开的连接元件包括可插入槽162的指状突起部分，申请并不限制于用来将弯曲手指122连接到所述的致动器元件142的特定的连接元件。
如图2A所示，弯曲手指122A-L的弯曲节点150与致动器手指142的排列和间隔相适应，使得控制宽度与在致动器模块140端部的致动器元件或手指142间的宽度相适应。在图2A中，弯曲节点150的控制宽度或间距沿着工件124长度方向提供了足够的弯曲力控制，以用来补偿端部节点150A和150J之间的工件124的应力和弯曲度。相比之下，如图2C所示，弯曲手指122A-L的端部节点150A和150L之间的控制宽度比工件124-1的长度要小，这限制或减小了工件124-1的相对端部的有效控制，其会降低研磨工件124的公差控制。
图2D示出了一用于如图2A和2C所示的致动器模块140的自适应载具结构120-1的实施例。该自适应载具结构120-1包括具有不同宽度以增加与输入弯曲节点150相对应的控制宽度的弯曲手指122。在所示的实施例中，该自适应载具结构120-1包括与图2A-2D类似的弯曲手指122A-L。位于载具或弯曲结构120-1相对的端部的弯曲手指122A-C和122J-L相比于内端的弯曲手指122D-I具有更宽的宽度尺寸。该增加的弯曲手指122A-C和122J-L的宽度增加了弯曲手指122A-L的控制宽度，以在工件124-1或滑条110的整个横向宽度上提供足够的弯曲力控制。
如图2E所示，弯曲手指122A-C和122J-L(未示出)的宽度被设计成对齐并连接到致动器模块140的致动器手指142A-C和142J-L(未示出)，同时提供了增加的输入弯曲节点150的控制宽度。弯曲手指122A-C和122J-L的延伸宽度超出相应的致动器手指142的外边缘延伸以递增输入弯曲手指122的控制宽度，同时允许致动器手指142A-C和142J-L(未示出)的指状突起部分160插入到弯曲手指142A-C和142J-L(未示出)的弯曲手指槽162A-C和162J-L中。如图2E所示，上述弯曲手指142A-C与外部致动器手指142A-C的突起部分160的中心轴线偏轴对齐。
图3A-3B示出了一模块化载具-弯曲结构120-2的实施例，该模块化载具-弯曲结构120-2包括多个弯曲手指122以对工件124施加弯曲力。上述模块化载具-弯曲结构120-2包括一弯曲插件180和一载具基座182。如图所示，该弯曲手指122沿着弯曲插件180形成。载具基座182包括沿着基座182的前端的相对两边延伸的凸缘部分184，通过开口185用于将载具-弯曲结构连接到研磨装置的臂132上(示意性示出)。弯曲插件180可插入到一载具基座的插件空腔186中。位于基座182背面的固定开口188被用于将弯曲插件180固定到载具基座182上。
图4A-4F示出了一个如图3A-3C所示的载具-弯曲结构120-2的弯曲插件180的实施例。如图所示，上述插件180包括通过上弯曲梁200及下弯曲梁202连接的一前端弯曲部分190和一后端工件部分192。如图所示，该弯曲部分190包括多个沿着前端弯曲部分190的宽度间隔设置的弯曲手指122。如图所示，每个弯曲手指122包括配置成接收每个致动器元件142的指状突起部分160的槽162，用于连接致动器手指142和弯曲手指122以对每个弯曲手指122施加输入力。如图所示，上述槽162包括上输入表面164和下输入表面166通过致动器元件142的双向动作对每个弯曲手指122施加双向力。
后端工件部分192包括一垂直支撑结构204和一上部导轨206以及下部导轨208。工件平台126沿着下部导轨208设置，用来支撑工件，以便对着研磨表面128进行研磨。通过该多个弯曲手指122及将弯曲手指122连接到位于该后端工件部分上的工件平台126的弯曲梁200、202，弯曲力被施加到工件124上。如图所示，指状体210沿着工件部分192的上部导轨206和下部导轨208伸出，使得工件部分192能够弯曲以对支撑在工件平台126上的工件124施加弯曲力。如图所示，该垂直支撑结构204也包括沿着垂直支撑结构204的宽度间隔开的多个指状体212，用来提供厚度减小的部分。上述指状体210、212的间隔类似于弯曲手指122和梁200、202之间的间隔。
如图4B所示，弯曲插件180的后端部分192包括多个沿着垂直结构204间隔设置的开口220。开口220被设置为沿着载具基座182的一个背面侧与开口188间隔对齐。如图所示的紧固件222被插入到弯曲插件180的开口220和载具基座182的开口188中，以如图3A-3B所述的那样可拆卸的连接弯曲插件和载具基座。如图4B所示，垂直结构204包括一横向销槽230用于对齐载具基座182中的插件180。如图4C所示，销232延伸地穿过如图3B所示的位于载具基座182的两侧的开口234(图3B中仅示出一个销开口)，同时沿着插件180上的槽230以相对于载具基座182合适的高度对准插件180。
在所示的实施例中，弯曲插件180包括位于外端部的弯曲手指122A-C以及位于内部的形成了弯曲节点的手指122D以对支撑在插件180的工件平台126上的工件124(图4A-4C中未示出)施加弯曲力。图4D是如图4C所示的插件180的弯曲手指122A-C和内部的手指122D的详细说明。如图所示，内部弯曲手指122D具有与致动器手指宽度相对应的手指宽度，同时外端弯曲手指122A-C具有相适应的比内部弯曲手指122D要大的手指宽度。在所示的实施例中，弯曲手指122A的宽度比弯曲手指122B-C的宽度要大，同时弯曲手指122B-C的宽度比内部弯曲手指122D的宽度要大。弯曲手指122A-D之间的间隔214是一样的以便与致动器手指142的间隔相对齐。在所示的实施例中，弯曲插件180包括48个位于上述弯曲结构相对的端部之间的弯曲手指。
如前所述，上部和下部弯曲梁200、202将每一个弯曲手指122连接到插件180的后端部分192和工件平台126上。图4E是沿着图4C中的线4E-4E截取的横截面图。如图所示，手指122A-C和手指122D以不同的梁宽度连接插件180的前端部分190和后端部分192。如图所示，在插件180的相对端部上连接到较宽手指122A-C上的上部梁200A-C以及下部梁202A-C(未示出)具有一延伸的或者较长的长度，该长度要大于将内部手指122D连接到工件平台126或支撑结构204上的上部梁200D和下部梁202D的梁长度。如图4C所示，梁200A-C和202A-C(未示出)的延伸长度由沿着插件180的后端部分190的上部和下部切口部分240形成。如前所述，弯曲手指122A-C的宽度比内部手指122D的宽度要大。上部和下部弯曲梁200A-C、202A-C的延伸长度被用于补偿由于弯曲手指122A-C宽度增加带来的弯曲刚度的增加。施加到工件平台126上的弯曲力输入绝对值是梁200、202的弯曲度的函数。上述梁的弯曲力输入通常与下述施加到弯曲手指122上致动器输入力(致动器输入力)、梁的横截面面积尺寸(面积横 截面)以及梁的长度(L)成比例：
因此，弯曲梁200A-C和202A-C的延伸长度补偿了较宽的梁减小的弯曲力，同时对于相同绝对值的输入力提供了额外的行程以在工件124的外端提供足够的弯曲力。因此，上述组件使用控制算法156基于预期的弯曲轮廓、手指122的宽度以及梁200、202的长度来计算每个弯曲节点150的输入力。
图5示出了如前所述的调节不同的工件的研磨设备以提供相适应的控制宽度或弯曲轮廓的处理步骤。如步骤300所示，一个弯曲插件或结构被从研磨装置中移除，同时在步骤302中另一不同的弯曲插件或结构120、120-1、180被连接到研磨装置上。在一个所示的实施例中，上述弯曲插件或结构具有一个相适应的或更大的控制区域宽度或梁长度以提供前述的额外行程。在所述的实施例中，上述弯曲结构或插件被插入连接到一个载具插件的空腔186中，并且紧固在载具182上以连接上述弯曲结构到研磨装置上。在步骤304中，工件124被连接到弯曲插件或结构上，同时在步骤306中，输入力被施加到弯曲手指122上以对工件124提供一弯曲轮廓。在步骤308中，上述工件被研磨，同时输入力被施加到上述弯曲插件或结构的弯曲手指122上。
尽管前述中的本发明的不同的实施例中的许多特征和优点被阐述，但是应该理解的是，本发明的不同实施例的结构和功能的细节仅仅是说明性的，在细节上可以做出改变，特别是关于结构和部件配置方面，其包括在本发明从属权利要求所表达的术语的宽泛含义揭示的整个范围的原理内。例如，在不背离本发明的范围和精神的情况下，特殊的部件能够根据特殊的应用而改变。除了针对滑条外，本领域技术人员能够理解上述研磨结构或部件在研磨过程中具有控制其他工件的弯曲力的应用。因此，如同本领域技术人员能够理解的，在不背离本发明的范围和精神的情况下，本发明的教导能够应用于其他领域。

Claims (20)

1.一种对用于研磨的工件施加弯曲力的弯曲结构，包括：
多个沿着所述弯曲结构宽度延伸的弯曲手指，其中每个弯曲手指可连接到一个致动器致动器元件以沿着上述弯曲结构对一工件平台施加弯曲力，同时，上述多个弯曲手指包括至少一个弯曲手指，其具有与一个或多个其它的弯曲手指不同的宽度尺寸。
2.如权利要求1所述的弯曲结构，其中位于上述弯曲结构的第一和第二端部的外部弯曲手指之间的控制宽度大于连接到上述外部弯曲手指的致动器元件的外部致动器致动器手指之间的宽度。
3.如权利要求2所述的弯曲结构，其中上述外部弯曲手指以相对于上述外部致动器致动器手指的中心轴线偏轴的方式连接到上述外部致动器致动器手指上。
4.如权利要求1所述的弯曲结构，其中上述多个弯曲手指包括在第一端部的一个弯曲手指、在第二端部的一个弯曲手指以及一个或多个位于上述第一端部的弯曲手指和上述第二端部的弯曲手指之间的弯曲手指，同时上述在第一端部和第二端部的弯曲手指比上述一个或多个位于上述第一端部的弯曲手指和上述第二端部的弯曲手指之间的弯曲手指具有更宽的宽度尺寸。
5.如权利要求1所述的弯曲结构，其中上述多个弯曲手指包括在第一端部的多个外部弯曲手指、在第二端部的多个外部弯曲手指以及一个或多个位于上述第一端部的多个外部弯曲手指和第二端部的多个外部弯曲手指之间的内部弯曲手指，同时上述在第一端部和第二端部的多个外部弯曲手指比上述一个或多个位于上述第一端部和第二端部之间的内部弯曲手指具有更大的宽度尺寸。
6.如权利要求5所述的弯曲结构，其中，上述多个在第一和第二端部的外部弯曲手指包括一个第一外部弯曲手指和从第一外部弯曲手指向外间隔设置的一个第二外部弯曲手指，同时，上述第二外部弯曲手指具有比第一外部弯曲手指更宽的宽度尺寸。
7.如权利要求6所述的弯曲结构，其中，上述弯曲结构包括一个在第一和第二端部的第三外部弯曲手指，同时上述第三外部弯曲手指具有比上述一个或多个内部弯曲手指更宽的宽度尺寸。
8.如权利要求1所述的与一个载具基座相结合的弯曲结构，其包括相对的凸缘部分以将上述载具基座连接到一研磨设备的一研磨臂上，同时上述弯曲结构是一个能够通过一个或多个紧固件连接到上述载具基座的弯曲插件。
9.如权利要求8所述的弯曲结构，其中上述载具基座包括一个插件空腔，同时上述弯曲插件可拆卸地支撑在上述载具基座的插件空腔中。
10.如权利要求1所述的弯曲结构，其中上述多个弯曲手指通过多个弯曲梁连接到上述工件平台上，上述弯曲梁连接上述多个弯曲手指到上述工件平台上以施加弯曲力，同时至少一个上述弯曲梁具有比一个或多个其它弯曲梁更长的长度尺寸。
11.如权利要求10所述的弯曲结构，其中上述多个弯曲手指包括位于上述弯曲结构相对的端部的一个或多个外部弯曲手指，上述外部弯曲手指通过外部弯曲梁连接到工件平台上，同时，上述外部弯曲梁具有比将一个或多个内部弯曲手指连接到工件平台上的内部弯曲梁更长的长度尺寸。
12.一种包括一弯曲结构的研磨组件，该弯曲结构包括多个通过多个弯曲梁连接到一工件平台的弯曲手指，以对支撑在一工件平台上的工件施加弯曲力，同时上述多个弯曲梁包括在第一端部的一个或多个外部弯曲梁以及在第二端部的一个过多个外部弯曲梁，上述外部弯曲梁具有比将一个或多个内部弯曲手指连接到工件平台上的一个或多个内部弯曲梁更长的弯曲梁长度。
13.如权利要求12所述的研磨组件，其中，在第一和第二端部连接到上述一个或多个弯曲梁的位于第一端部的一个或多个外部弯曲手指和位于第二端部的一个或多个外部弯曲手指具有比上述一个或多个内部弯曲手指更宽的宽度尺寸。
14.如权利要求13所述的研磨组件，其中，上述一个或多个外部弯曲手指由位于第一和第二端部的第一外部弯曲手指和位于第一和第二端部的第二外部弯曲手指组成，同时，上述第二外部弯曲手指具有比第一外部弯曲手指更宽的宽度尺寸。
15.如权利要求14所述的研磨组件，并且包括位于第一和第二端部的第三外部弯曲手指，上述第三外部弯曲手指具有比上述一个或多个内部弯曲手指更宽的宽度尺寸，同时具有比上述位于第一和第二端部的第二外部弯曲手指更小的宽度尺寸。
16.如权利要求12所述的研磨组件，其中，上述弯曲结构是一可拆卸地并且可连接到一载具基座的插件空腔内的弯曲插件。
17.如权利要求12所述的研磨组件，其中，上述弯曲结构包括位于一支撑结构的下部导轨上的一工件平台，其通过上部和下部弯曲梁连接到上述内部和外部弯曲手指以施加弯曲力到工件平台上。
18.一种方法，包括：
连接一工件到一弯曲结构上，该弯曲结构包括多个沿着弯曲结构的宽度延伸的弯曲手指，其中每个弯曲手指可连接到一致动器致动器元件以对沿着上述弯曲结构的工件施加弯曲力，其中，上述多个弯曲手指包括至少一个具有比一个或多个其它弯曲手指不同的宽度尺寸的弯曲手指；
然后在通过上述弯曲结构对工件施加弯曲力的同时研磨工件。
19.一种如权利要求18所述的方法，进一步包括使用紧固元件将上述弯曲结构通过一载具基座连接到一研磨装置上。
20.如权利要求19所述的方法，其中研磨过程包括：
对一致动器致动器模块的致动器致动器手指通电以对上述弯曲手指施加弯曲力来研磨工件，同时上述弯曲结构连接到上述载具基座上。
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