CN106493617A - 一种中心通冷却液冷却的电主轴及减薄机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种中心通冷却液冷却的电主轴及减薄机，其中，电主轴的转轴上布置有第一冷却液通道，用于输入冷却液以及控制所述冷却液的流向；同时电主轴的转轴上端外周设置有气体密封及溢流通道，用于防止异常状况下冷却液从第一冷却液通道上端溢出时进入电机转子及其相邻零部件，本发明的方案能够在减薄机工作时对电主轴进行可靠有效冷却。

Description

一种中心通冷却液冷却的电主轴及减薄机

技术领域

本发明涉及集成电路封装设备，特别是指一种中心通冷却液冷却的电主轴及减薄机。

背景技术

减薄机是集成电路后封装关键设备，其作用是对晶圆进行平面化精密减薄加工。减薄机一般采用空气静压电主轴作为核心执行部件，实现高精度的强力磨削加工手段。在这种减薄机中，空气静压电主轴的刚度、旋转精度及可靠性等性能指标直接决定了减薄机的加工品质。随着集成电路制造业向高精度和高速度方向的飞速发展，晶圆减薄质量要求越来越高。

减薄机工作时，空气静压电主轴高速旋转，安装在电主轴上的金刚石砂轮对旋转运动的晶圆强力磨削。在此过程中，电主轴内置的电机发热导致转轴热变形，同时金刚石砂轮与晶圆强力磨削产生可观的热量，因此必须对电主轴进行高效可靠冷却。在市场现有电主轴中，通常采用旋转接头将冷却液从静止的外壳输送至旋转的转轴。旋转接头固定部与旋转部之间存在的密封材料接触应力会影响空气静压电主轴的旋转精度，同时密封材料持续磨损、腐蚀、破裂等原因失效会引起冷却液泄露，甚至造成电主轴毁坏以及昂贵的晶圆报废。

针对相关技术中旋转接头密封材料接触应力影响电主轴的旋转精度、密封材料失效导致冷却液泄露甚至造成电主轴毁坏以及昂贵的晶圆报废的问题，业界尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种中心通冷却液冷却的电主轴及减薄机。该中心通冷却液冷却的电主轴能够在减薄机工作时对电主轴进行高效可靠冷却，从而有效解决了相关技术中由于旋转接头密封材料接触应力影响电主轴的旋转精度、密封材料失效导致冷却液泄露甚至造成电主轴毁坏以及昂贵的晶圆报废的问题。

依据本发明实施例的一个方面，提供了一种中心通冷却液冷却的电主轴，包括：

转轴，为中空结构，其上套装有电机转子，设有至少一条第一冷却液通道；

下径向轴承，呈筒状，其中容纳有所述转轴，设有多列节流塞，与所述转轴之间形成气膜支撑；

外套筒，其内壁与所述下径向轴承的外壁贴合，设有第二冷却液通道；

连接座，为环状结构，其上表面有至少一处环形下凹，其轴线与所述转轴的轴线重合，设有与所述转轴的第一冷却液通道连通的第三冷却液通道，并且，其内壁与所述转轴的外壁之间存在密封；

砂轮，为环状结构，其轴线与所述转轴的轴线重合，设有与所述连接座的第三冷却液通道连通的第四冷却液通道，并且，其上端面与所述连接座的下外环端面贴合；

导管，设有冷却液入口，其上设有第五冷却液通道，所述第五冷却液通道与所述转轴的第一冷却液通道连通，并且，与所述转轴之间存在间隙；

冷却套，其外壁与所述外套筒的内壁固定贴合，并且，设有与所述外套筒第二冷却液通道连通的第六冷却液通道；

电机定子，其内壁与所述电机转子的外壁之间存在间隙，其外壁与所述冷却套的内壁固定贴合，从所述外套筒输入所述冷却套的冷却液对所述电机定子进行冷却。

优选的，外套筒还设置有第一压缩空气通道和第一冷却液溢流通道，所述第一压缩空气通道为所述下径向轴承供气，所述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：

上径向轴承，呈筒状，其套装在所述转轴上，设有多个节流塞，与所述转轴之间形成气体密封，其上端面设有至少一个环形凸起；

上端盖，其内壁与所述上径向轴承的外壁之间存在密封，设有第二压缩空气通道，为所述上径向轴承提供压缩空气，固定于所述外套筒上并设有与所述外套筒的第一冷却液溢流通道连通的第二冷却液溢流通道；

转轴上盖板，固定于所述转轴上，其下端面设有至少一处环形下凹并与所述上径向轴承上端面之间存在间隙；

所述上径向轴承、上端盖、转轴上盖板、导管在所述第一冷却液通道上端形成气体密封。

优选的，所述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：

上止推轴承，设有与所述外套筒的第一冷却液溢流通道连通的第三冷却液溢流通道，其上端面与所述外套筒的下端面贴合；

调整垫，设有与所述第三冷却液溢流通道连通的第四冷却液溢流通道，其上端面与所述上止推轴承的下端面贴合；

下止推轴承，设有与所述调整垫的第四冷却液溢流通道连通的第五冷却液溢流通道，其上端面与所述调整垫的下端面贴合。

优选的，所述电机转子与所述转轴的连接方式为过盈配合。

优选的，在所述第一冷却液通道为多个的情况下，所述第一冷却液通道上端共同与所述导管的第五冷却液通道连通。

优选的，所述第一冷却液通道形状为直孔和/或斜孔，所述第一冷却液通道轴线为直线或曲线。

优选的，所述第二压缩空气通道形状为直孔和/或斜孔。

优选的，所述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：

上内盖，为环状结构，固定于所述上端盖上，其外壁与所述上端盖的内壁之间存在密封，并且，其内壁与所述导管的外壁之间存在密封；

下端盖，其上端面与所述下止推轴承的下端面贴合，其下表面至少有一处环形凸起并与所述连接座上表面之间存在间隙。

优选的，所述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：

转轴下盖板，固定于所述转轴上，其外壁与所述转轴的内壁之间存在密封；

法兰，套设于所述转轴上，其轴线与所述转轴的轴线重合，与所述上止推轴承、下止推轴承之间形成气膜支撑，与所述止推垫之间存在间隙；

固定盘，套设于所述转轴上，其轴线与所述转轴的轴线重合，其上端面与所述法兰的下端面形成面接触，其下端面与所述连接座的上端面形成面接触。

另一方面，本发明实施例还提供一种减薄机，包括如上所述的中心通冷却液冷却的电主轴。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过在电主轴的转轴上设置第一冷却液通道，能够在减薄机利用电主轴高速旋转对晶圆进行平面化精密减薄加工时对电主轴的转轴和砂轮进行冷却，有效控制主轴热变形和工作精度；同时，在电主轴的转轴上端外周设置气体密封及溢流通道，可以有效防止异常状况下冷却液从第一冷却液通道上端溢出时进入电机转子及其相邻零部件导致电主轴毁坏以及昂贵的晶圆报废，提高了电主轴工作可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的中心通冷却液冷却的电主轴的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种中心通冷却液冷却的电主轴，包括：转轴12，为中空结构，其上套设有电机转子8，所述电机转子8与所述转轴12的连接方式为过盈配合，所述转轴12设有一条第一冷却液通道，也可以有多条第一冷却液通道(未示出)，所述转轴12的第一冷却液通道形状为直孔和/或斜孔，所述转轴12的第一冷却液通道轴线为直线或曲线；下径向轴承13，呈筒状，其中容纳有所述转轴12，设有多列节流塞，与所述转轴12之间形成气膜支撑；外套筒11，其内壁与所述下径向轴承13的外壁贴合，设有第一压缩空气通道、第二冷却液通道、第一冷却液溢流通道，所述第一压缩空气通道为所述下径向轴承13供气；冷却套10，其外壁与所述外套筒11的内壁固定贴合，并且，设有与所述外套筒11的第二冷却液通道连通的第六冷却液通道；电机定子9，其外壁与所述冷却套10的内壁固定贴合，从所述外套筒11输入到所述冷却套10的冷却液对所述电机定子9进行冷却；连接座20，为环状结构，其上表面有至少一处环形下凹，其轴线与所述转轴12的轴线重合，设有与所述转轴12的第一冷却液通道连通的第三冷却液通道，并且，其内壁与所述转轴12的外壁之间存在密封；砂轮21，为环状结构，其轴线与所述转轴12的轴线重合，设有与所述连接座20的第三冷却液通道连通的第四冷却液通道，并且，其上端面与所述连接座20下外环端面贴合；导管4，设有冷却液入口，由进液管接头3输入冷却液，所述导管4上设有与所述转轴12的第一冷却液通道连通的第五冷却液通道，并且，与所述转轴12之间存在间隙；在所述转轴12的第一冷却液通道为多个的情况下，所述转轴12的第一冷却液通道上端共同与所述导管4的第五冷却液通道连通。该实施例能够通过电主轴的转轴上的第一冷却液通道输入冷却液在电主轴工作时对电主轴的转轴和砂轮进行冷却。

进一步地，在图1所示的实施例中，上述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：上径向轴承2，呈筒状，其套装在所述转轴12上，设有多个节流塞，与所述转轴12之间形成气体密封，其上端面设有至少一个环形凸起；上端盖7，其内壁与所述上径向轴承2的外壁之间存在密封，设有第二压缩空气通道，所述第二压缩空气通道形状为直孔和/或斜孔，通过进气管接头1为所述上径向轴承2提供压缩空气，固定于所述外套筒11上，并设有与所述外套筒11的第一冷却液溢流通道连通的第二冷却液溢流通道；转轴上盖板6，固定于所述转轴12上，其下端面设有至少一处环形下凹，并与所述上径向轴承2上端面之间存在间隙。所述上径向轴承2、上端盖7、转轴上盖板6、导管4在所述第一冷却液通道上端形成气体密封。

进一步地，在图1所示的实施例中，上述中心通冷却液冷却的电主轴还可以包括：上止推轴承14，设有与所述外套筒11的第一冷却液溢流通道连通的第三冷却液溢流通道，其上端面与所述外套筒11的下端面贴合；调整垫16，设有第四冷却液溢流通道，所述第四冷却液溢流通道与所述上止推轴承14的第三冷却液溢流通道连通，其上端面与所述上止推轴承14的下端面贴合；下止推轴承18，设有与所述调整垫16的第四冷却液溢流通道连通的第五冷却液溢流通道，由排液管接头17输出从所述转轴的第一冷却液通道上端溢出的冷却液，所述下止推轴承18的上端面与所述调整垫16的下端面贴合。

进一步地，在上述图1所示的实施例中，所述砂轮21通过螺钉固定于所述连接座20上；所述上端盖7通过螺钉固定于所述外套筒11上；所述上径向轴承2通过螺钉固定于所述上端盖7上；所述转轴上盖板6通过螺钉固定于所述转轴12上；所述下止推轴承18、调整垫16、上止推轴承14通过螺钉依次贯通并固定在所述外套筒11上。

进一步地，在上述图1所示的实施例中，上述中心通冷却液冷却的电主轴还可以包括：上内盖5，为环状结构，固定于所述上端盖7上，其外壁与所述上端盖7的内壁之间存在密封，并且，其内壁与所述导管4的外壁之间存在密封；下端盖19，其上端面与所述下止推轴承18的下端面贴合，其下表面至少有一处环形凸起并与所述连接座20上表面之间存在间隙。

进一步地，在上述图1所示的实施例中，上述中心通冷却液冷却的电主轴还可以包括：转轴下盖板23，固定于所述转轴12上，其外壁与所述转轴12的内壁之间存在密封；法兰15，套装在所述转轴12上，其轴线与所述转轴12的轴线重合，与所述上止推轴承14、下止推轴承18之间形成气膜支撑，与所述止推垫16之间存在间隙；固定盘22，套设于所述转轴12上，其轴线与所述转轴12的轴线重合，其上端面与所述法兰15的下端面形成面接触，其下端面与所述连接座20的上端面形成面接触。

进一步地，在上述图1所示的实施例中，所述上内盖5通过螺钉固定于所述上端盖7上；所述导管4通过螺钉固定于所述上内盖5上；所述下端盖19通过螺钉固定于所述下止推轴承18上；所述转轴下盖板23通过螺钉固定于所述转轴12上；所述固定盘22、法兰15通过螺钉依次贯通并固定在所述转轴12上；所述连接座20通过螺钉固定于所述固定盘22上。

电主轴工作时，冷却液顺序流经所述进液管接头3、导管4、转轴12、连接座20、砂轮21的第四冷却液通道并对电主轴的所述转轴12和砂轮21以及平面化精密减薄加工的晶圆进行冷却；从所述外套筒11输入到所述冷却套10的冷却液对所述电机定子9进行冷却；在冷却液通道阻塞或/和冷却液流量骤升等异常状况下，冷却液会从所述第一冷却液通道上端溢出，由于所述上径向轴承2、上端盖7、转轴上盖板6、导管4在所述第一冷却液通道上端形成气体密封，冷却液只能进入所述上端盖7、外套筒11、上止推轴承14、止推垫16、下止推轴承18的第五冷却液溢流通道并通过排液管接头17输出；实现了电主轴的可靠冷却。

本发明的实施例还提供一种减薄机，包括如上所述的中心通冷却液冷却的电主轴。本发明通过在电主轴的转轴12上设置第一冷却液通道，能够在减薄机利用电主轴高速旋转对晶圆进行平面化精密减薄加工时对电主轴的转轴12和砂轮21以及正在加工的晶圆进行冷却，有效控制主轴热变形和工作精度；同时，在电主轴的转轴12上端外周设置气体密封及溢流通道，可以有效防止异常状况下冷却液从第一冷却液通道上端溢出时进入电机转子8及其相邻零部件导致电主轴毁坏以及昂贵的晶圆报废，提高了电主轴工作可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，包括：

转轴，为中空结构，其上套装有电机转子，设有至少一条第一冷却液通道；

下径向轴承，呈筒状，其中容纳有所述转轴，设有多列节流塞，与所述转轴之间形成气膜支撑；

外套筒，其内壁与所述下径向轴承的外壁贴合，设有第二冷却液通道；

连接座，为环状结构，其上表面有至少一处环形下凹，其轴线与所述转轴的轴线重合，设有与所述转轴的第一冷却液通道连通的第三冷却液通道，并且，其内壁与所述转轴的外壁之间存在密封；

砂轮，为环状结构，其轴线与所述转轴的轴线重合，设有与所述连接座的第三冷却液通道连通的第四冷却液通道，并且，其上端面与所述连接座的下外环端面贴合；

导管，设有冷却液入口，其上设有第五冷却液通道，所述第五冷却液通道与所述转轴的第一冷却液通道连通，并且，与所述转轴之间存在间隙；

冷却套，其外壁与所述外套筒的内壁固定贴合，并且，设有与所述外套筒第二冷却液通道连通的第六冷却液通道；

电机定子，其内壁与所述电机转子的外壁之间存在间隙，其外壁与所述冷却套的内壁固定贴合，从所述外套筒输入所述冷却套的冷却液对所述电机定子进行冷却。

2.根据权利要求1所述的中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，

所述外套筒还设置有第一压缩空气通道和第一冷却液溢流通道，所述第一压缩空气通道为所述下径向轴承供气；

所述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：

上径向轴承，呈筒状，其套装在所述转轴上，设有多个节流塞，与所述转轴之间形成气体密封，其上端面设有至少一个环形凸起；

上端盖，其内壁与所述上径向轴承的外壁之间存在密封，设有第二压缩空气通道，为所述上径向轴承提供压缩空气，固定于所述外套筒上，并设有与所述外套筒的第一冷却液溢流通道连通的第二冷却液溢流通道；

转轴上盖板，固定于所述转轴上，其下端面设有至少一处环形下凹并与所述上径向轴承上端面之间存在间隙；

上径向轴承、上端盖、转轴上盖板、导管在所述第一冷却液通道上端形成气体密封。

3.根据权利要求1所述的中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，所述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：

上止推轴承，设有与所述外套筒的第一冷却液溢流通道连通的第三冷却液溢流通道，其上端面与所述外套筒的下端面贴合；

调整垫，设有与所述第三冷却液溢流通道连通的第四冷却液溢流通道，其上端面与所述上止推轴承的下端面贴合；

下止推轴承，设有与所述调整垫的第四冷却液溢流通道连通的第五冷却液溢流通道，其上端面与所述调整垫的下端面贴合。

4.根据权利要求1所述的中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，所述电机转子与所述转轴的连接方式为过盈配合。

5.根据权利要求1所述的中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，在所述第一冷却液通道为多个的情况下，所述第一冷却液通道上端共同与所述导管的第五冷却液通道连通。

6.根据权利要求1所述的中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，所述第一冷却液通道形状为直孔和/或斜孔，所述第一冷却液通道轴线为直线或曲线。

7.根据权利要求2所述的中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，所述第二压缩空气通道形状为直孔和/或斜孔。

8.根据权利要求1所述的中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，所述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：

上内盖，为环状结构，固定于所述上端盖上，其外壁与所述上端盖的内壁之间存在密封，并且，其内壁与所述导管的外壁之间存在密封；

下端盖，其上端面与所述下止推轴承的下端面贴合，其下表面至少有一处环形凸起并与所述连接座上表面之间存在间隙。

9.根据权利要求1所述的中心通冷却液冷却的电主轴，其特征在于，所述中心通冷却液冷却的电主轴还包括：

转轴下盖板，固定于所述转轴上，其外壁与所述转轴的内壁之间存在密封；

法兰，套设于所述转轴上，其轴线与所述转轴的轴线重合，与所述上止推轴承、下止推轴承之间形成气膜支撑，与所述止推垫之间存在间隙；

固定盘，套设于所述转轴上，其轴线与所述转轴的轴线重合，其上端面与所述法兰的下端面形成面接触，其下端面与所述连接座的上端面形成面接触。

10.一种减薄机，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的中心通冷却液冷却的电主轴。