CN116276403A - 一种基板磨削组件和基板磨削装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基板磨削组件和基板磨削装置，所述基板磨削组件包括：支撑体，其上设置有竖向的基体通孔；旋转体，其同轴设置于所述基体通孔，旋转体的下部设置有磨削砂轮；所述旋转体包括芯轴、止推座和止推板，所述芯轴间隙设置于所述基体通孔中，所述止推座和止推板分别间隔设置于所述芯轴并位于所述支撑体的下侧和上侧；所述止推座的上表面与支撑体的下表面形成下部轴向间隙，所述止推板的下表面与支撑体的上表面形成上部轴向间隙；所述支撑体的内部设置有节流组件，所述节流组件包括一对节流器，所述节流器朝向所述上部轴向间隙和下部轴向间隙设置，其通过孔道与外部气源连通，以在轴向间隙之间形成稳定的气流。

Description

一种基板磨削组件和基板磨削装置

技术领域

本发明属于基板磨削技术领域，具体而言，涉及一种基板磨削组件和基板磨削装置。

背景技术

半导体行业中，通常在基板表面形成有电子电路以制造半导体芯片。基板在被分割为半导体芯片之前，通过磨削加工装置来磨削形成有电子电路的器件面的相反侧的背面，从而将基板磨削至预定的厚度。基板背面的磨削能够减小芯片封装体积，降低封装贴装高度，改善芯片的热扩散效率、电气性能和机械性能，从而减轻芯片的加工量，背面磨削后的芯片厚度甚至可以达到初始厚度的5％以下。

基板磨削组件是基板磨削的关键部件，其通常配置有气浮轴承，以对磨削主轴的转动部件形成可靠支撑，保证磨削主轴旋转的平稳性。但现有的气浮轴承中，采用机械加工形成的孔道对气流进行节流控制，使得固定件与转动件之间的间隙的气流不够均匀，容易出现紊流，甚至在转动件高速转动的过程中形成自激振动，进而影响基板磨削组件运行的可靠性。

发明内容

本发明实施例提供了一种基板磨削组件和基板磨削装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种基板磨削组件，包括：

支撑体，其上设置有竖向的基体通孔；

旋转体，其同轴设置于所述基体通孔，旋转体的下部设置有磨削砂轮；

所述旋转体包括芯轴、止推座和止推板，所述芯轴间隙设置于所述基体通孔中，所述止推座和止推板分别间隔设置于所述芯轴并位于所述支撑体的下侧和上侧；所述止推座的上表面与支撑体的下表面形成下部轴向间隙，所述止推板的下表面与支撑体的上表面形成上部轴向间隙；

所述支撑体的内部设置有节流组件，所述节流组件包括一对节流器，所述节流器朝向所述上部轴向间隙和下部轴向间隙设置，其通过孔道与外部气源连通，以在轴向间隙之间形成稳定的气流。

在一些实施例中，所述节流器包括第一过流件和第二过流件，两者层叠设置，并且，第二过流件朝向轴向间隙设置；所述第一过流件由一级多孔质材料制成，第二过流件由二级多孔质材料制成，所述一级多孔质材料的孔隙率大于二级多孔质材料的孔隙率。

在一些实施例中，所述支撑体配置有横向孔道，所述横向孔道的一端与所述节流器连通，其另一端与所述基体通孔连通。

在一些实施例中，所述基体通孔的内侧壁配置有微槽，所述微槽与所述横向孔道相连通；气流经由节流器和横向孔道传输至芯轴与基体通孔之间的径向间隙。

在一些实施例中，所述支撑体还配置有排气槽，所述排气槽与所述径向间隙连通，并且，所述排气槽位于竖向间隔设置的微槽之间，其内部设置有与外部连通的排气孔。

在一些实施例中，所述微槽的截面形状为半圆形、三角形和/或矩形。

在一些实施例中，所述节流组件的数量为多个，其沿所述支撑体的圆周方向均匀分布。

在一些实施例中，所述节流器为双层圆柱状结构，其由微米级和/或纳米级的多孔质材料制成。

在一些实施例中，所述支撑体的内部配置有进气孔道和分支孔道，气流通过进气孔道和分支孔道传输至节流器，并经由所述节流器排放至轴向间隙和径向间隙。

本发明实施例的第二方面提供了一种基板磨削装置，其包括：

磨削工作台，用于承载预设数量的吸盘，所述吸盘用于装载待磨削的基板并带动基板旋转；

和上面所述的基板磨削组件，用于使磨削砂轮抵接于基板以对基板进行磨削处理。

本发明的有益效果包括：

a.基板磨削组件中配置的节流组件能够实现高效的负载传输能力及高阻尼性，有效提升了基板磨削组件的减震性能，保证了基板磨削组件运行的平稳性；

b.将双层多孔质与微槽结构组合，使得旋转体与支撑体之间的气流为层流状态，有效提升气浮轴承的刚性及承载力；

c.旋转体与支撑体之间形成的气浮轴承能够承载径向和轴向载荷，保证基板磨削组件的稳定运转。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明一实施例提供的基板磨削装置的示意图；

图2是本发明一实施例提供的基板磨削组件的示意图；

图3是图2中A-A的剖视图；

图4是本发明一实施例提供的节流器的示意图；

图5是本发明所述微槽的横向截面图；

图6是本发明所述基体通孔的内侧壁展开后的示意图；

图7是本发明另一实施例提供的基板磨削组件的示意图；

图8是图7中B处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本发明中，基板(Substrate)也称晶圆(Wafer，W)，其含义和实际作用等同。

图1是本发明一实施例提供的基板磨削装置100的示意图。基板磨削装置100包括磨削工作台1和基板磨削组件2，其中，磨削工作台1设置于磨削设备基体(未示出)的上方，基板磨削组件2设置于磨削工作台1的上方并位于磨削设备基体的端部。

进一步地，磨削工作台1包括转台11，转台11设置于磨削设备基体的上方，在驱动装置的带动下，转台11能够绕其中轴线旋转；转台11的上部配置有吸盘12，用于装载待磨削的基板；吸盘12的下部设置有驱动部，以带动吸盘12及其上的基板旋转。

进一步地，基板磨削组件2设置于吸盘12的上方，基板磨削组件2底部配置的磨削砂轮抵接于基板表面，以去除基板表面材料，实现基板的磨削处理。

基板磨削组件2包括粗磨部和精磨部，粗磨部设置有用于对基板进行粗磨削的粗磨砂轮，精磨部设置有用于对基板进行精磨削的精磨砂轮。磨削过程是将磨削用砂轮按压在基板表面并旋转，以研磨去除一定厚度的材料层。

图2是本发明一实施例提供的基板磨削组件2的示意图，基板磨削组件2包括：

支撑体21，其中间位置配置有沿厚度方向、竖向的基体通孔21a；

旋转体22，其同轴设置于基体通孔21a，旋转体22的下部设置有磨削砂轮23，以用于磨削基板表面；

以及未示出的驱动电机，以带动旋转体22以及磨削砂轮23绕中轴线转动。

图2中，旋转体22包括芯轴22a、止推座22b和止推板22c，止推座22b设置于芯轴22a的下部，止推板22c间隔设置于止推座22b的上侧。

进一步地，芯轴22a同轴、间隙设置于基体通孔21a中，止推座22b位于支撑体21的下侧，止推板22c设置于支撑体21的上侧。止推座22b与支撑体21的下表面形成下部轴向间隙g1，止推板22c的下表面与支撑体21的上表面形成上部轴向间隙g2，而上部轴向间隙g2和下部轴向间隙g1可以统称为轴向间隙；芯轴22a的外侧壁与基体通孔21a的内侧壁之间形成径向间隙g3。

本发明中，下部轴向间隙g1、上部轴向间隙g2和径向间隙g3的尺寸控制在3-30um之间，以有利于上述间隙中的气流呈现层流状态，使得支撑体21与旋转体22之间的载荷相对均匀，保证基板磨削组件2运行的稳定性。

进一步地，支撑体21的内部设置有节流组件24，节流组件24包括一对节流器24a。其中，节流器24a朝向所述上部轴向间隙g2和下部轴向间隙g1设置，其通过孔道与外部气源连通，以在轴向间隙之间形成稳定的气流，以对旋转体22的止推座22b和止推板22c形成均匀的载荷，保证旋转体22转动的平稳性。

作为本发明的一个实施例，节流器24a包括第一过流件24a-1和第二过流件24a-2，如图4所示，两者层叠设置，并且，第二过流件24a-2朝向轴向间隙设置。流体经由孔道进入支撑体21的内部，依次经过第一过流件24a-1和第二过流件24a-2传输至轴向间隙。由于气流经过两层过流处理，使得流向轴向间隙的气流更加均匀，以在轴向间隙中形成均匀、稳定的气浮力，这有利于提升旋转体22转动的稳定性。

图3是图2中A-A的剖视图，节流组件24的数量为六件，其沿支撑体21的圆周方向均匀分布，使得轴向间隙之间形成的气浮力相对均匀，保证基板磨削组件运行的平稳性，并且，保证磨削砂轮23工作位置的准确性。需要说明的是，节流组件24的数量至少3件，以在支撑体21与旋转体22之间形成多点气浮支撑，保证基板磨削组件2的可靠运行。

优选地，节流组件24通常设置于旋转体22对应作用面的中间位置，即节流组件24朝向止推座22b和止推板22c作用区域的中间位置，以保证支撑体21与旋转体22形成的气浮力的作用点相对均匀。

图2所示的实施例中，节流组件24沿支撑体21的圆周方向间隔设置，以在支撑体21与旋转体22之间形成多点支撑，使得旋转体22受到的竖向气浮力更加均匀，避免旋转体22与支撑体21形成的轴向间隙不均匀而发生倾斜。

图4是本发明一实施例提供的节流器24a的示意图，第一过流件24a-1与第二过流件24a-2层叠设置。

进一步地，第一过流件24a-1由一级多孔质材料制成，第二过流件24a-2由二级多孔质材料制成；其中，所述一级多孔质材料的孔隙率大于二级多孔质材料的孔隙率，以在轴向间隙中形成稳定的层流气流，保证旋转体22的稳定旋转。由于多孔质材料的孔径可以控制在微米级和纳米级，而传统的机械加工形成的孔径是无法达到的。因此，本发明配置的节流器24a能够对气流进行有效节流，在支撑体21与旋转体22之间形成良好的高阻尼性，以保证两者高效的负载传输；同时，轴向间隙与径向间隙之间的气流呈层流状态，以有效提升基板磨削组件2的减震性能，保证基板磨削组件2运行的平稳性。

进一步地，节流器24a为双层圆柱状结构，其由微米级和/或纳米级的多孔质材料制成。技术人员可根据设计要求，将不同直径大小的多孔质节流器24a进行组合，即可以将微米级、纳米级的多孔质材料自由组合，形成满足工艺要求的节流器24a。

本发明中，节流器24a的厚度为1-20mm。技术人员可根据基板磨削组件2运行需要的气浮力，确定节流器24a的厚度及数量。

图2中，支撑体21配置有横向孔道21b，其中，横向孔道21b的一端与节流器24a连通，横向孔道21b的另一端与基体通孔21a连通。经过孔道进入支撑体21的一部分流体，通过节流器24a进入轴向间隙中，以在轴向间隙之间形成稳定的气流。经过孔道进入支撑体21的另一部分流体，通过横向孔道21b进入基体通孔21a中，以在径向间隙中形成稳定的气流；稳定的气流能够给予支撑体21和芯轴22a一定的气浮力，使得转动的旋转体22不会与支撑体21的基体通孔21a发生干涉，以精确的保证芯轴22a与基体通孔21a的同轴度，保证基板磨削组件2运行的平稳性。

图2所示的实施例中，基体通孔21a的内侧壁配置有微槽21c，微槽21c与横向孔道21b相连通；气流经由节流器24a和横向孔道21b传输至芯轴22a与基体通孔21a之间的径向间隙。

作为本实施例的一个方面，微槽21c的数量为多个，其沿基体通孔21a的中轴线均匀分布，以保证支撑体21与芯轴22a之间的气浮力相对均匀。可以理解的是，微槽21c的数量可以为4件、8件或20件不等。即一个节流器24a可以至少配置一件微槽21c。

本发明中，微槽21c的截面形状可以为半圆形、三角形和/或矩形。图5是微槽21c的横向截面图，该实施例中，微槽21c的截面形状为半圆形。微槽21c的深度为0.1-3mm，使得径向间隙的气流更加均匀的分布。

微槽21c沿支撑体21的厚度方向设置，微槽21c的长度至少覆盖支撑体21厚度方向的50-80％，以保证径向间隙的气流更加均匀。优选地，微槽21c的长度覆盖支撑体21厚度方向的75％。

图2所示的实施例中，支撑体21还配置有排气槽21d，排气槽21d沿竖直方向间隔设置于微槽21c之间，并且，排气槽21d与径向间隙相连通。进一步地，排气槽21d的内部设置有排气孔21d-1，排气孔21d-1与外部的大气连通，以根据需要将径向间隙中的流体排出。

图6是本发明所述支撑体21的基体通孔21a的内侧壁展开后的示意图，以便清楚体现微槽21c和横向孔道21b的相对位置关系。微槽21c沿基体通孔21a的内侧壁设置，并且，微槽21c包括横向微槽和纵向微槽，纵向微槽沿支撑体21的长度方向设置，横向微槽与纵向微槽相连通并平行设置于纵向微槽的两端。横向孔道21b设置于纵向微槽，以连通径向间隙与节流组件24的节流器24a，使得进入支撑体21孔道中的流体经由节流器24a排放至基体通孔21a的内侧壁与芯轴22a的外侧壁之间，保证支撑体21与旋转体22之间的径向载荷的均匀性。

进一步地，支撑体21的内部配置有进气孔道21e和分支孔道21f，其中，进气孔道21e垂直于支撑体21的厚度方向，分支孔道21f与进气孔道21e相连通，并且，分支孔道21f平行于支撑体21的厚度方向设置。

气流通过进气孔道21e和分支孔道21f传输至节流器24a，并经由节流器24a排放至轴向间隙和径向间隙，以保证旋转体22及其下部的磨削砂轮23转动的平稳性。

图2所示的实施例中，进气孔道21e设置于支撑体21，而不是配置在旋转体22的内部。这有利于气流管路的排布，减少旋转接头的配置，以控制生产制造成本。

图7是本发明另一实施例提供的基板磨削组件的示意图，图8是图7中B处的局部放大图。本实施例中，支撑体21的上端和下端配置有凸台结构，所述凸台结构的外周侧配置有环形槽21g。

进一步地，止推座22b的上端配置有止推延伸部，所述止推延伸部的内侧壁配置有第一止推环槽22b-1；第一止推环槽22b-1与环形槽21g的位置相对并间隔设置。位于轴向间隙中的气流可以经由第一止推环槽22b-1与环形槽21g之间的缝隙，排向基板磨削组件2的外部。如此设置，以避免气流快速自轴向间隙排出，保证旋转体22与支撑体21之间形成的气浮力的稳定性。

同理，止推板22c的下部配置有止推延伸部，所述止推延伸部套设于支撑体21上端的凸台结构的外侧。图7中，所述止推延伸部的内侧壁配置有第二止推环槽22c-1，第二止推环槽22c-1与环形槽21g的位置相对并间隔设置，使得轴向间隙中的气流能够缓慢自第二止推环槽22c-1与环形槽21g之间的缝隙排向基板磨削组件2的外部，以保证基板磨削组件2运行的平稳性。

在一些实施例中，第二止推环槽22c-1与环形槽21g之间的缝隙为3-10um，第一止推环槽22b-1与环形槽21g之间的缝隙为3-10um，以保证基板磨削组件2中旋转体22转动的平稳性。

同时，本发明还公开了一种基板磨削装置100，图1是基板磨削装置100的示意图。基板磨削装置100配置了上面所述的基板磨削组件2，基板磨削组件2中配置的节流组件24能够在支撑体21与旋转体22之间形成良好的高阻尼性，以保证两者高效的负载传输；同时，轴向间隙与径向间隙之间的气流呈层流状态，以有效提升基板磨削组件2的减震性能，保证基板磨削组件2运行的平稳性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基板磨削组件，其特征在于，包括：

支撑体，其上设置有竖向的基体通孔；

旋转体，其同轴设置于所述基体通孔，旋转体的下部设置有磨削砂轮；

所述旋转体包括芯轴、止推座和止推板，所述芯轴间隙设置于所述基体通孔中，所述止推座和止推板分别间隔设置于所述芯轴并位于所述支撑体的下侧和上侧；所述止推座的上表面与支撑体的下表面形成下部轴向间隙，所述止推板的下表面与支撑体的上表面形成上部轴向间隙；

所述支撑体的内部设置有节流组件，所述节流组件包括一对节流器，所述节流器朝向所述上部轴向间隙和下部轴向间隙设置，其通过孔道与外部气源连通，以在轴向间隙之间形成稳定的气流。

2.如权利要求1所述的基板磨削组件，其特征在于，所述节流器包括第一过流件和第二过流件，两者层叠设置，并且，第二过流件朝向轴向间隙设置；所述第一过流件由一级多孔质材料制成，第二过流件由二级多孔质材料制成，所述一级多孔质材料的孔隙率大于二级多孔质材料的孔隙率。

3.如权利要求1所述的基板磨削组件，其特征在于，所述支撑体配置有横向孔道，所述横向孔道的一端与所述节流器连通，其另一端与所述基体通孔连通。

4.如权利要求3所述的基板磨削组件，其特征在于，所述基体通孔的内侧壁配置有微槽，所述微槽与所述横向孔道相连通；气流经由节流器和横向孔道传输至芯轴与基体通孔之间的径向间隙。

5.如权利要求4所述的基板磨削组件，其特征在于，所述支撑体还配置有排气槽，所述排气槽与所述径向间隙连通，并且，所述排气槽位于竖向间隔设置的微槽之间，其内部设置有与外部连通的排气孔。

6.如权利要求4所述的基板磨削组件，其特征在于，所述微槽的截面形状为半圆形、三角形和/或矩形。

7.如权利要求1所述的基板磨削组件，其特征在于，所述节流组件的数量为多个，其沿所述支撑体的圆周方向均匀分布。

8.如权利要求2所述的基板磨削组件，其特征在于，所述节流器为双层圆柱状结构，其由微米级和/或纳米级的多孔质材料制成。

9.如权利要求1所述的基板磨削组件，其特征在于，所述支撑体的内部配置有进气孔道和分支孔道，气流通过进气孔道和分支孔道传输至节流器，并经由所述节流器排放至轴向间隙和径向间隙。

10.一种基板磨削装置，其特征在于，包括：

磨削工作台，用于承载预设数量的吸盘，所述吸盘用于装载待磨削的基板并带动基板旋转；

和权利要求1至9任一项所述的基板磨削组件，用于使磨削砂轮抵接于基板以对基板进行磨削处理。

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