CN1145543C - 用于磨凹口的磨针、带有该磨针的磨床和磨凹口的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于磨凹口的磨针(53)。该磨针包括一个由可成形材料构成的圆柱形部分，在其上形成有一个用于磨凹口的槽(18)。该圆柱形部分的长度使当每一槽磨损得不能形成凹口时，可以在其上形成另外的槽(20)。

Description

用于磨凹口的磨针、带有该磨针的磨床和磨凹口的方法

技术领域

本发明涉及磨床及其磨轮，该磨轮用来在诸如用在半导体装置的结构中的硅晶片盘的边缘磨凹口，还涉及在这种盘的边缘区磨出凹口的方法。由于凹口的尺寸相对于晶片的尺寸小，用于形成这种凹口的磨轮通常称为磨针。

背景技术

在WO97/48522中描述了一种用于磨盘的磨床，在此列出以备参考。WO97/48522公开的是在一台研磨机上，于采用较软的树脂粘结立方体氮化硼(CBN)砂轮精磨如半导体的晶片盘边之前，先用一种金属熔结CBN或金刚石的砂轮进行粗磨，还进一步描述了一种为了能磨出环绕该盘边缘的正确形状，就在原位置处，于该树脂粘结CBN磨轮之上成形和再成形一个槽的技术。

该机器还包括用于绕着圆盘边缘预定部分磨削凹口的一种较小直径的磨针。

使用树脂粘结的CBN轮磨凹口的缺点在于这种轮相对于金属粘结CBN或者金刚石轮较软，这使得它很快磨损并需要经常更换。因此，尽管使用这种轮可以减少对工件的伤害，这种轮也不能用在本申请中，但如果它们能被用于磨凹口，则是所希望的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于磨凹口的可成形磨针，它在必须更换之前可以使用更长时间，并提供了一种形成这种凹口磨针的方法和一种改进的磨凹口的方法。

根据本发明的一个方面，用于磨凹口的磨针包括由可成形的磨削材料构成的圆柱形部分，在其上形成有一个轮廓相应于要形成的凹口边缘轮廓的槽，其中，该圆柱形部分的轴向宽度使得当第一槽或者其它每一槽磨损得不能再成形和再使用后，可以在该部分上随后形成另外的槽。

本发明提供了一个凹口磨针或者轮，它的轴向宽度使得能够连续加工一组用于磨凹口的槽。

如果该可成形针安装在磨床主轴上并被初始成形，以及根据需要再成形，本发明的优点就可以得到体现。

所希望的可成形材料包括树脂粘结材料或者玻璃体粘结材料，例如由树脂或者玻璃体材料粘结的磨砂。

该磨床最好是数控(CNC)磨床。

使用宽(圆柱形)磨针并于原位成形和再成形槽，使得磨针在必须更换前可以完成更多次的磨削操作。于是，在围绕该磨针圆周表面上成形的一个槽不再能以再成形方式精确磨削凹口时，就可以在横跨磨针宽度上轴向隔开的一个位置处再作一个槽，遂增加了磨针的使用寿命，还减少了所需的更为复杂的换磨针操作次数(包括可观的停机时间)。

圆柱形部分的长度通常为10mm，最好为6mm，它的总直径通常为4mm。

在根据本发明的磨凹口方法中，用安装在同一磨床中的磨槽轮绕着可成形材料的圆柱形部分形成第一槽，在根据需要磨制成形一个或更多凹口后，使用同一个或另一个成形轮再成形形成凹口的槽，直到其不能精确地再成形该槽后，以类似的方式在圆柱形表面上相邻于第一槽处形成一个随后的槽，以使得磨凹口过程继续进行。

在本发明的一个最佳实施例中，磨针的圆柱形部分包括可成形材料部分和金属粘结材料部分，其中金属粘结部分设置有一用于粗磨凹口的槽，可成形的磨削材料部分上形成有一个槽，来精磨事先由针的金属粘结部分的槽形成的凹口，并且可成形材料部分的轴向宽度足以当一个槽变得不能用时，在其上形成另外的槽。

根据本发明的另一方面，本发明还涉及一台机器，它具有一个工作主轴，一个磨削主轴，该磨削主轴带有如前所述的安装其上的一个小直径的凹口磨针，它可以与支撑在工作主轴上的工件的边缘接合，一个成形轮可旋转地安装在主轴上，当它与凹口磨针接合时，将在其周围形成一所需的成形凹口槽。

该凹口磨针最好由可成形的磨削材料构成，但是也可以包括由金属粘结磨削材料构成的并设置有一凹口磨削槽的第一部分，以允许首先进行金属粗磨，然后可成形部分用来精磨凹口。

该成形轮可以安装在工件所安装的同一主轴上，凹口磨针根据需要移动来与成形轮或者工件边缘接合。

已经发现，在机器上形成的可成形的凹口磨针，进行了一更好的精磨，并且减少了对绕凹口的副表面的伤害。

该磨削材料最好是树脂粘结金刚石，或者树脂粘结CBN，或者玻璃体粘结材料。

本发明还在于绕其边缘至少具有一个凹口的盘状工件，它们具有至少部分地用可成形的磨针形成的内边缘轮廓，该磨针具有在机器上用可旋转地安装在机器主轴上的成形轮形成的磨槽。

附图说明

现在参照附图以例子的方式来描述本发明，其中：

图1是从使用者通常所站侧看到的一台磨床的不成比例的透视图，它包括一安装在主轴上的可成形磨针；

图2是图1所示的使用者通常所站测看到的磨床的不成比例的侧视图，它显示了分总成；

图3是图1和图2中所示机器的端视图；

图4是机器分总成端的放大、局部侧视图；

图5是可成形针的透视图；

图6是具有用于磨削凹口的第一槽的可成形针的不成比例的透视图；

图7是可成形材料和金属粘结材料组合成的磨针的不成比例的透视图。

具体实施方式

图1，2和3图示了用于硅或类似材料制成的环形盘(晶片)的凹口磨削的整个机器装备的一部分。

图1到图3中所显示的机器包括一个控制柜10，由其延伸出承担着承载在三个振动吸收脚上的平台14的机身12，一个振动吸收脚见图1中的16，第二个是在基础部分22前对中地安装的图1中点划线所示的18，第三个见图3中的20。

平台14包括一个整体的支撑或者基础结构22，它带有一个沿着安装在基础22上表面的滑道26可轴向滑动的工作头24，工作头24包括一个主轴驱动马达28和用于支撑要削光的晶体的真空卡盘30。

边的磨削通过磨轮32完成，磨轮32包括若干与图2中36表示的晶体工件边缘接合的诸如34的环形槽。

磨轮主轴(未显示)支撑在轴承组件38中，并利用电马达40而转动。

部件38和40支撑在42标示的支撑件上，它安装在靠近平台14的中心线和刚性加强板44一侧处，板44通过凸边用螺栓沿着其底边固定在平台14上，在其上部通过另一凸边46用螺栓固定到机器基础22上。板44的作用是增加平台14相对于基础22的刚度，并阻隔可能传递的横向振动。

在板44另一侧的等距离处是支撑安装有第二主轴驱动件52的滑道50的第二个支撑件48，第二主轴驱动件52带有一个在一端具有凹口磨针53并与主轴马达55连接的磨凹口主轴57。

主轴驱动件52的轴向运动利用驱动单元54(见图2)而产生。主轴驱动件52也可以用于磨削环状盘的内径。

工件头磨边主轴和磨凹口主轴安装在空气轴承中，工件头主轴通常具有2至1000转/分种的速度范围，磨边主轴通常具有高达6000转/分钟的速度，而磨凹口主轴53的速度通常高达70,000转/分钟。

在卡盘后部的工件头主轴上安装有成形轮，见图2中的56和58。工件头24沿着图2中箭头60的方向移动，工件盘36与磨削轮32上诸如34的一个槽接合，继续沿着箭头60的方向移动，盘36越过磨削轮组件的端面62，使得成形轮56或58与磨削轮32上适当的槽接合。

磨削轮或者凹口磨削器所需的横向运动通过相对于平台14适当倾斜支撑结构42和48来得到。结构42和48的端部都以枢轴方式连接到平台14上靠近中心线处，两个止动件64和66分别(见图3)阻止它们过量的向外运动。

枢轴连接是通过弯曲件(将在下面描述)得到的，该弯曲件使得绕着两个靠近平台14中心线的平行轴产生摆动，于是结构42可以沿着箭头68表示的小圆弧运动，结构48可以沿着参考标号70表示的小圆弧运动。

用于得到枢轴运动的驱动方式将参照后面的图描述。

透明的聚碳酸酯线性室72固定在基础22上，磨削轮主轴从其中穿出。室72表面上的一个大的，通常为椭圆形开口74，根据如前所述的工件头24沿着箭头60方向的运动，使得安装在工件头24上的类似形状的封闭件76进入并且密封开口74。

一个挠性的环状密封件78环绕着封闭件76(或者环绕着开口74的内边)为封闭件76和开口74之间提供了一个液体严密密封。

室72相对于基础22滑动，真空管密封件80和82设置在主轴驱动件38和52之间，以便在封闭件76和开口74之间的密封完成之后，室72将相对于工件头组件24轴向运动。真空管后部设置有足够的空隙来使室72在箭头60的方向持续移动，从而形成磨削轮上的槽。相反的运动也是与真空管80和82相配合的，当工件头24在与箭头60相反方向上运动时，密闭室72可以跟随它运动，从而使盘36的边缘36与一个诸如34的磨削槽接合。

冷却液体通过喷射器84和86喷射到工件上，并设置有类似的喷射器用于需要时将类似的液体喷射到成形轮上。设置有一个互锁装置来阻止冷却液体喷射，除非室72被封闭件76封闭并密封。

在一个磨削操作完成后和一个最后的液体冲洗之后，通过给边缘密封件78放气使室72被打开，在与图2中箭头60相反的方向退出工件头24。接着加工好的工件36被拆下并装上一个新工件。

磨轮成形/修整

在安装工件前就完成磨轮成形，在这种情况下，室72通过工件头24和封闭件76的适当运动而被封闭，而没有首先在卡盘30上安装一个诸如36的工件。磨轮成形通过工件头24适当的轴向运动和支撑件42的横向运动来完成，使得如槽34的每一个槽都与如56或58的相应成形轮接合。在磨轮成形过程中提供有冷却液体。

在初始的磨轮成形后，通过如上所述的将密封件78中止而将这些组件分离。工件36安装后，这些组件可以再次被密封，并进行如前所述的磨削过程。

槽的再加工过程通常是在一个工件拆下后，下一个工件装上之前的机器停机时间内完成的，但是工件36的边缘轮廓监测的过程是在工作头处完成的，其优点在于允许工件在那里进行再加工。

开槽

如果一个工件要开凹口，支撑件42横向移动使磨轮脱离工件，接着支撑件48横向移动使工件36的边缘与凹口磨针53接合。开凹口完成后，支撑件48反向移动使针与工件脱离。

抛光

在一种安排中，抛光轮可以与磨槽轮一样安装在磨轮主轴上，通过轴向移动工件主轴，抛光轮可以与工件36的边缘接合。

提供了一个用于沿着滑道26移动工件头24的驱动件88。

如图3中所示，排水管90将来自室72中的液体输送到贮存箱92，并设置一个泵(未显示)用于使液体从箱中再流回。一人过滤器可以设置在箱中或者连接在箱和泵之间。

控制柜10包括一个电视显示器94和键盘96以及一个通过浮动导线100与连接插头102相连的手持式控制单元98。操作者可以摘下单元98拿在手中走到机器处，通过按适当的按钮来启动和停止机器。柜10中包括一基于控制系统的计算机，用于提供控制信号并为机器上的驱动器提供动力，以及接受来自机器上的变换器、转换器和其它产生位置/操作/接触等信号的传感器的信号。

工作头在其上滑动的滑道26是事先安装的，然后工作头由伺服马达驱动并配置有一个高分辨的位置编码器而在轴向移动插补过程中提供平滑地运动。

磨削的横向进给是通过如前所述的根据需要倾斜结构42或48而带着装在其上的磨削元件与工件36的边缘接合来得到的。尽管该移动实际上不是线性的，而是弓形的，这也可以与柜10中的控制系统产生的控制信号相适应。

在诸如84和86的喷射器用来在磨削过程中提供切削液的同时，它们或者其它喷射器也可以用于晶体磨削完成后仍旧在转动时直接在其外伸凸缘处喷射清洁液。这防止晶片从卡盘上取下后磨屑檫伤晶片的背面。

磨削过程

通常，盘边分两阶段的磨削加工，它包括一个切入式粗磨削加工过程和第二个切入式精磨削加工过程，精磨削加工过程包括磨轮的快速进给，直到接触传感器检测到其与工件晶片接触时。采用对磨轮轴向位置的触发方式监视轮的磨损并确保每次精加工过程被磨去的材料一定。用固装在加工头卡盘上的金属熔结金刚石成形轮保持磨轮的形状。再成形工序可以是全自动方式执行，并可按每n个晶片磨过后，或每当磨过的盘边形状不合格时(是由盘边形状的光学检测所确定)，或当触发点指示磨轮过度磨损时执行再成形工序的方式进行编程。

减震

为了减少不希望的振动和将磨削伤害最小化，这些结构部件组成的磨床至少部分地填充有聚合混凝土，尤其是基础22和机身12部分，如果希望平台14部分也可以填充。

分总成的柔性安装

图4显示了两个结构42和48如何安装以便铰接运动来使得轮进给的。正如图4中所示的，两个结构42和48的内边利用柔性方式(例如可以用簧片合页)与平台14相连，其中一个见104。第二对弯曲件朝着靠近机器基础22的结构42和48的另一端设置。

在弯曲件102和104允许结构绕着一根轴倾斜时，它们不允许结构42和48绕着其它轴相对于平台14的其它运动。因此，结构42和48在平台14上的安装除了在绕弯曲件的铰接轴以外的各个方向上都是非常不易弯曲的。

凸轮驱动

图4是稍微缩小比例的机器端部的侧视图。同其它图一样，也是部分剖开显示以显示114表示的作用于结构48上的凸轮驱动机构。一个栓留垫片112显示在驱动机构的一侧。

图4还显示了两个安装在单元48底部的柔性件，外边的一个用104表示，内边的一个用118表示。

如前所述，每个凸轮驱动机构安装在集成室110内，室110更清楚的显示在图4中，将水平臂120用螺栓固定在从基础22端部突出的板上。

在图4中还可以看到用于驱动卡盘122的马达55，磨槽针124从卡盘122中伸出。马达55位于前面参照附图描述的室52中，如前所述，室52沿着滑道50滑动。

图4显示了固定在室52上的真空管密封件82，它密封马达55和带有针53的主轴从其中穿过的壳体72上的开口。

现在参照图5、6和7更详细的描述图1中显示的可成形的磨针或者磨轮53。

显示在图5中的可成形圆柱形磨针53由一个较小直径的圆柱形金属核心130、132支撑，132用于装配到磨床的主轴上(未显示)。该圆柱形磨针53具有大约4mm的直径和6mm的轴向宽度，在其上有一由成形轮(未显示)形成的第一槽140。针53的圆柱形特性使得当每一槽磨损并且不再能工作时可以在磨削材料区域加工出一系列相邻的槽142，144，如图6所示。

该针由树脂粘结的金刚石、树脂粘结的磨砂或者玻璃体粘结的材料构成。

在使用中，树脂粘结的金刚石轮53上的可使用的槽与一固定的半导体盘(未显示)的边缘接触，在盘边缘处磨出一个凹口。为此，针53以30,000转/分钟或者更高的速度旋转。

在几个磨槽操作后(以及再加工到材料和深度条件允许的宽度)，使用的槽(即140)磨损了，另一个槽(即142)被成形在树脂上以便继续磨凹口，而不需要拆下和更换针53。通常在针53必须更换前，沿着针53总共可以形成3或4个槽。在使用允许切出几个槽的圆柱形针时，增加轴向长度来使更多的槽可以被切出，也就增加了抖动的危险和在磨槽过程中出现误差的危险。

使用一个延长的树脂粘结或者玻璃体粘结针，使得当每个槽磨损后，可以在针上形成一连串不同的槽，这减少了针53必须更换的次数。每个槽在其变得过深和/或核心材料130发生断开之前可以被成形数次。

尽管没有显示，开槽磨轮则最好是安装在支撑其上磨凹口的工件的工作主轴上。

当这种针被使用在CNC磨床中时，后者可以自动编程来计算磨凹口轮上槽根部的直径，并在磨削过程中通过插补补偿来产生凹口的期望形状。

本发明的另一个实施例显示在图7中，其中提供了一个复合磨针150。树脂粘结的金刚石部分152作成一体，或者仅仅邻接于一个轴向相邻的金属粘结金刚石部分154。在使用中，金属粘结部分154上的槽156用于粗磨每个凹口的大小，在第二阶段中，使用当前形成在树脂粘结金刚石部分152上的槽来进行精磨。

金属粘结部分最好设计成比树脂粘结部分预期的可用寿命长，以便不必更换和重新形成粗磨槽156。如果需要重新成形，需要一个较粗的金属粘结成形轮或者最好是一个金刚石成形轮来重新成形粗磨部分的槽156。金属粘结部分的槽的这种再成形过程最好在机器上使用一个最好安装在工作主轴上的适当安装的成形轮完成。

在WO97/48522中描述的CNC磨床可以用来安装凹口磨针和磨槽轮。

Claims (10)

1.一种用于磨凹口的磨针，该磨针包括一个由可成形材料构成的圆柱形部分，其上形成有一个轮廓相应于要形成的凹口边缘轮廓的槽，其特征在于，该圆柱形部分的轴向宽度使得当第一槽或者其它每一槽磨损得不能再成形和再使用后，可以在该部分上随后形成另外的槽。

2.根据权利要求1所述的磨针，其特征在于，圆柱形部分具有10mm的长度。

3.根据权利要求1所述的磨针，其特征在于，圆柱形部分具有6mm的长度和4mm的直径。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的磨针，其特征在于，可成形的磨削材利包括由树脂或者玻璃材料粘结的磨砂。

5.根据权利要求1至3中任何一项所述的磨针，其特征在于，该圆柱形部分包括可成形材料部分和金属粘结材料部分，其中金属粘结部分设置有一用于粗磨凹口的槽，可成形的磨削材料部分上形成有一个槽，来精磨事先由所述金属粘结部分的槽形成的凹口，并且可成形材料部分的轴向宽度足够以当每个槽变得不能用时可以在其上形成额外的槽。

6.一种磨凹口的方法，其特征在于，使用一个磨槽轮绕着可成形材料的圆柱形部分形成一个第一槽，当使用该槽磨削形成一个或者多个凹口后，使用成形磨轮再加工该槽，直到不能精确地再成形该槽时，一个随后的槽以类似的方法形成在可成形磨削材料的圆柱形部分上靠近第一槽处，来使得磨凹口过程继续进行。

7.一种磨床，具有一个工件主轴，一个磨轮主轴，该磨轮主轴带有一如权利要求1至5中任何一项所述的较小直径的凹口磨针，它可以与支撑在工件主轴上的工件的边缘接合，一个成形轮可旋转地安装在一主轴上，当其与凹口磨针接合时，将在其周围形成一所需的磨凹口槽。

8.根据权利要求7所述的磨床，其特征在于，成形轮安装在工件所安装的同一主轴上，凹口磨针根据需要移动与成形轮或者工件边缘接合。

9.根据权利要求7或8所述的磨床，其特征在于，该磨床是一台CNC磨床。

10.在加工边缘至少具有一个凹口的盘状工件时，使用如权利要求1至5中任何一项所述的磨针。

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