CN214559903U - 多轮次金刚石片状晶体抛光装置 - Google Patents

Abstract

一种多轮次金刚石片状晶体抛光装置，包括底盘和抛光单元，底盘上设置有立轴，立轴的上部安装有支座，支座上至少设置两个抛光单元，支座与立轴之间设置定位机构。所述底盘上设置有工件槽，工件槽与立轴的中心距与抛光单元中抛光轮与立轴的中心距一致。将待抛光的金刚石片状晶体置于底盘上，通过转动抛光单元，使固定位置的金刚石片状晶体依次在各个抛光单元下方进行抛光操作，每个抛光单元中抛光轮粒度和抛光速度不同，金刚石片状晶体依次经过一次以上的粗质抛光和一次以上的细质抛光。该装置提高了抛光效率，同时保护金刚石晶体和抛光轮，在抛光过程中能够尽量避免因为金刚石晶体表面的不平整造成晶体出现断裂等损伤，有效保护晶体质量。

Description

多轮次金刚石片状晶体抛光装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于对片状金刚石单晶晶体和片状金刚石多晶晶体表面进行快速抛光的抛光盘，在于提高单晶金刚石片状晶体和多晶金刚石片状晶体表面抛光的效率；属于金刚石晶体表面抛光技术领域。

背景技术

单晶金刚石片状晶体及多晶金刚石片状晶体在半导体器件、光学窗口、电子器件、导热衬底等领域有较为广泛的应用前景及研发方向。要使金刚石材料得到充分的利用，对其进行抛光处理使其表面粗糙度达到使用要求是至关重要的。目前已有许多方法被应用于金刚石的抛光，如机械抛光、化学机械抛光、热化学抛光、动摩擦抛光等。此外，还有一些涉及能量抛光的方法，如激光抛光、离子束抛光、电火花抛光等。现有技术中的金刚石抛光去除机理可分为以下几种：1.微破碎；2.石墨化；3.氧化；4.蒸发；5.溅射，并且一种抛光方法往往涉及多种去除机理。

虽然，目前金刚石的抛光方法很多，但对于一些高端的应用，其产业化的抛光技术还没有完善，如半导体金刚石材料的磨抛加工。应用于半导体金刚石材料的抛光技术，不仅要求平坦的表面和纳米级的粗糙度，还要尽量减少和避免表面及亚表面损伤，而传统的抛光方法目前还存在诸多问题。

其中，机械抛光常用于颗粒状金刚石的抛光，虽然能达到纳米级的表面粗糙度，但是对金刚石表面及亚表面会造成较大损伤。化学机械抛光的加工精度高，但是效率低，还会产生大量的废液，污染环境，增加了抛光成本。动摩擦抛光具有高的材料去除率，但只能实现对金刚石的粗加工，并且其较大的抛光压力，可能会导致金刚石薄膜破裂。激光、离子束等非接触式抛光，在加工薄膜和曲面上有优势，但该加工方法技术尚不成熟且加工范围受限。等离子体刻蚀能有效去除由抛光引起的表面及亚表面损伤，但作为抛光手段时，效率极低。电火花抛光必须以金刚石导电为前提，仅适用于粗加工。

现有单晶金刚石晶体抛光设备是采用铸铁抛光盘，利用金刚石晶体与铸铁盘表面摩擦而产生的机械抛光方法及催化的电化学方法，去除率慢、发热严重，影响单晶金刚石晶体抛光的效率，同时由于铸铁盘硬度高，会使金刚石片状晶体产生断裂等损伤。此外，由于多晶金刚石片状晶体厚度偏薄，使得现有设备在对多晶金刚石片状晶体表面抛光时其抛光效率低且易造成晶体断裂等损伤。

综上所述，一方面，金刚石具有极高的硬度和极好的化学稳定性，对其进行加工具有相当高的难度。另一方面，现有的方法无法解决金刚石的抛光问题，并且没有针对大尺寸单晶金刚石的抛光方法。

实用新型内容

本实用新型针对现有片状金刚石单晶晶体及片状金刚石多晶晶体抛光技术存在的问题，提供的一种抛光效率高，效果好，能保证抛光效果达到表面粗糙度在纳米级别的多轮次金刚石片状晶体抛光装置。

本实用新型的多轮次金刚石片状晶体抛光装置，采用以下技术方案：

该装置，包括底盘和抛光单元，底盘上设置有立轴，立轴的上部安装有支座，支座上至少设置两个抛光单元，支座与立轴之间设置定位机构。

所述抛光单元为2-4个。

所述底盘上设置有工件槽，工件槽与立轴的中心距与抛光单元中抛光轮与立轴的中心距一致。所述工件槽的数量与抛光单元的数量一致，抛光过程中工件槽处于抛光单元上抛光轮的正下方。

所述底盘上带有储液槽以及与储液槽连通的排液口。

所述抛光单元上设置有冲洗管。

所述抛光单元包括固定架、导轨、滑座、滑座升降机构、电机和抛光轮，固定架上设置有导轨和滑座升降机构，滑座安装在导轨上并与滑座升降机构连接，电机安装在滑座上，电机的转轴上安装有抛光轮。所述滑座升降机构采用螺旋升降机构，包括丝杠和螺母，丝杠竖直安装在固定架上，螺母设置在滑座上，丝杠与螺母连接。所述滑座或抛光轮上设置压力计。

所述定位机构为分度盘。

将待抛光的金刚石片状晶体置于底盘上，通过转动抛光单元，使同一位置的金刚石片状晶体依次在各个抛光单元下方进行抛光操作，每个抛光单元中抛光轮粒度不同，抛光速度不同，金刚石片状晶体依次经过一次以上的粗质抛光和一次以上的细质抛光，最终达到抛光要求。抛光过程中对产生的粉尘通过冲洗进行冲洗，并带走抛光过程中产生的高热量，可将金刚石晶体表面抛光至表面起伏到10纳米以下。

本实用新型在金刚石片状晶体不移动的情况下，使金刚石片状晶体依次经过不同粒度抛光轮并按不同速度进行抛光，避免了金刚石片状晶体移动对抛光效果带来的影响，提高了抛光效率，同时保护金刚石晶体和抛光轮，在抛光过程中能够尽量避免因为金刚石晶体表面的不平整造成晶体出现断裂等损伤，有效保护晶体质量。

附图说明

图1是本实用新型多轮次金刚石片状晶体抛光装置的结构俯视图。

图2是本实用新型多轮次金刚石片状晶体抛光装置的结构剖视图。

图中：1.底盘，2.立轴，3.电机，4.滑座，5.丝杠，6.导轨，7.固定架，8.支座，9.分度盘，10.储液槽，11.排液口，12.冲洗水管，13.抛光轮，14.工件槽，15.手柄。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的多轮次金刚石片状晶体抛光装置包括底盘1和抛光单元。底盘1上设置有立轴2，立轴2的上部套装有支座8，为转动连接，支座8可在立轴2上转动。支座8与立轴2之间设置定位机构，以在转动后固定位置，该定位机构可采用现有技术中的分度盘9，实现分度定位。支座8上在圆周方向连接有多个抛光单元，以2-4个为佳，图中设置有4个。

底盘1上分布有工件槽14，以放置待抛光的金刚石片状晶体。工件槽14的数量与抛光单元的数量及分布位置一致，抛光过程中处于抛光单元上抛光轮13的正下方。

为了便于承接抛光过程中的冲洗液，底盘1上带有储液槽10，底盘1外侧开有与储液槽10连通的排液口11。

抛光单元包括固定架7、导轨6、滑座4、滑座升降机构、电机3和抛光轮13。固定架7连接在立轴2上，固定架7连接在支座8上。固定架7上设置有导轨6和滑座升降机构，滑座4安装在导轨6上并与滑座升降机构连接，电机3安装在滑座4上，电机3的转轴上安装有抛光轮13。电机3采用变频电机，以便于改变抛光速度并使各抛光单元上的抛光轮13具有不同的转速。滑座升降机构采用螺旋升降机构，包括丝杠5和螺母，丝杠5竖直安装在固定架7上，螺母设置在滑座4上(图中未画出螺母)，丝杠5与螺母通过螺纹连接。丝杠5上端设置有手柄15。转动手柄15，丝杠5随之转动，通过丝杠螺母副的传动带动滑座4在导轨6上移动，固定在滑座4上的电机3及其上的抛光轮13一同移动，实现抛光轮13的升降以及改变对待抛光金刚石片状晶体的抛光压力。可在滑座4或抛光轮13上设置压力计。

为了便于带走抛光过程中产生的高热量及抛光过程中产生的粉尘，在滑座4上设置有冲洗管12，冲洗管12可随滑座4移动，冲洗管12的上端连接外部水管，冲洗管12上可设置阀门，以改变冲洗水流的流速，使水流实际速度与跑光盘转速对应，抛光盘转速越快水流流速越快。

上述装置对金刚石片状晶体抛光的过程如下所述。

首先对各个抛光单元中抛光轮13的粒度进行选择并对其转速进行设定，使每个抛光单元中抛光轮13具有不同的粒度和转速，由粒度越大，转速越小，按照粒度由大至小的顺序依次设置抛光轮13，分为第一抛光单元(粒度最大，速度最慢)、第二抛光单元、第三抛光单元和第四抛光单元(粒度最小，速度最快)，对金刚石片状晶体进行由粗至细的抛光。

初始位置时，底盘1上的每个工件槽14均处于一个抛光单元上抛光轮13的正下方，将待抛光的第一晶体置于底盘1上的第一抛光单元下方的工件槽中，转动第一抛光单元中的手柄15，使抛光轮13与第一晶体接触，并调整好压力。

启动第一抛光单元的电机，对第一晶体进行粗质抛光。由于所使用的抛光轮13的粒径较大，可快速的修正金刚石晶体的表面，将金刚石晶体表面的缺陷或者不平整迅速的磨平，为后续的加工建立条件。

上述操作完成后，通过支座6转动各抛光单元，将第二抛光单元转至第一晶体上方，通过分度盘9确定转动角度并定位，在第一抛光单元下方的工件槽中放置第二晶体，第一抛光单元对第二晶体进行粗质抛光，第二抛光单元对第一晶体进行次粗质抛光。

上述操作完成后，通过支座6转动各抛光单元，将第三抛光单元转至第二晶体上方，第二抛光单元转至第一晶体上方，通过分度盘9确定转动角度并定位，在第一抛光单元下方的工件槽中放置第三晶体。第一抛光单元对第三晶体进行粗质抛光，第二抛光单元对第二晶体进行次粗质抛光，第三抛光单元对第一晶体进行次细质抛光。

上述操作完成后，通过支座6转动各抛光单元，将第四抛光单元转至第一晶体上方，第三抛光单元转至第二晶体上方，第二抛光单元转至第一晶体上方，通过分度盘9确定转动角度并定位，在第一抛光单元下方的工件槽中放置第四晶体。第一抛光单元对第四晶体进行粗质抛光，第二抛光单元对第三晶体进行次粗质抛光，第三抛光单元对第二晶体进行次细质抛光，第四抛光单元对第一晶体进行细质抛光。至此，第一晶体经过粗质抛光、次粗质抛光、次细质抛光和细质抛光，达到抛光要求。

上述操作完成后，通过支座6转动各抛光单元，将第一抛光单元转至第一晶体上方，第二抛光单元转至第二晶体上方，第三抛光单元转至第三晶体上方，第四抛光单元转至第四晶体上方，通过分度盘9确定转动角度并定位，取出第一晶体，再放置下一个待抛光晶体。

重复上述过程，逐一使每个晶体经过粗质抛光、次粗质抛光、次细质抛光和细质抛光，最终达到抛光要求。

每个抛光单元在抛光过程中对产生的粉尘通过冲洗管12进行冲洗，并带走抛光过程中产生的高热量。

Claims (7)

1.一种多轮次金刚石片状晶体抛光装置，其特征是：包括底盘和抛光单元，底盘上设置有立轴，立轴的上部安装有支座，支座上至少设置两个抛光单元，支座与立轴之间设置定位机构；所述底盘上设置有工件槽，工件槽与立轴的中心距与抛光单元中抛光轮与立轴的中心距一致，所述工件槽的数量与抛光单元的数量一致。

2.根据权利要求1所述的多轮次金刚石片状晶体抛光装置，其特征是：所述底盘上带有储液槽以及与储液槽连通的排液口。

3.根据权利要求1所述的多轮次金刚石片状晶体抛光装置，其特征是：所述抛光单元上设置有冲洗管。

4.根据权利要求1所述的多轮次金刚石片状晶体抛光装置，其特征是：所述抛光单元包括固定架、导轨、滑座、滑座升降机构、电机和抛光轮，固定架上设置有导轨和滑座升降机构，滑座安装在导轨上并与滑座升降机构连接，电机安装在滑座上，电机的转轴上安装有抛光轮。

5.根据权利要求4所述的多轮次金刚石片状晶体抛光装置，其特征是：所述滑座升降机构采用螺旋升降机构，包括丝杠和螺母，丝杠竖直安装在固定架上，螺母设置在滑座上，丝杠与螺母连接。

6.根据权利要求4所述的多轮次金刚石片状晶体抛光装置，其特征是：所述滑座或抛光轮上设置压力计。

7.根据权利要求1所述的多轮次金刚石片状晶体抛光装置，其特征是：所述定位机构为分度盘。

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