CN218592527U - 一种用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，包括设有导轨副的机体、设在机体上用于驱动砂轮升降的第一驱动机构、设在所述第一驱动机构上用于驱动砂轮转动的第二驱动机构、用于驱动工件盘水平直线运动的第三驱动机构、设在所述第三驱动机构上用于驱动工件轴转动的第四驱动机构。本实用新型可实现磨削加工微调节，能方便实现砂轮主轴多个方向的调整，有利于实现工件的加工面型控制，提高加工精度。同时冷却砂轮法兰盘采用砂轮主轴中心过水后经过砂轮上的孔环喷，更有利于冷却液将磨削过程中热量和粉末的带走，避免粉末留存在砂轮和工件之间影响砂轮的锋锐性，防止过载过大烧伤或工件表面的磨损。

Description

一种用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床

技术领域

本实用新型属于磨削加工设备，具体涉及一种用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床。

背景技术

现有的半导体衬底材料碳化硅、单晶硅端面的加工需要控制工件加工后的平面面型来提升加工加工质量，常需要调整工件和砂轮的相对角度，要求对砂轮主轴进行调节，但现有磨床所采用的角度调节机构的调节幅度不好控制。现有磨床的另一个问题是[h1] 。这种冷却方式只能冷却砂轮与晶片的外侧，内侧冷却较困难，也不利于磨削下来的粉末的排出，使磨削精度变差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种方便多个方向调节砂轮主轴，容易控制调整工件和砂轮的相对角度，冷却效果好的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床。

实现本实用新型目的采用的技术方案如下：

本实用新型提供的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，包括设有导轨副的机体、设在机体上用于驱动砂轮升降的第一驱动机构、设在所述第一驱动机构上用于驱动砂轮转动的第二驱动机构、用于驱动工件盘水平直线运动的第三驱动机构、设在所述第三驱动机构上用于驱动工件轴转动的第四驱动机构。

所述第一驱动机构包括固定在机体的机架上的减速机电机、通过联轴器与减速机连接的第一丝杆副、与第一丝杆副的螺母连接的第一滑板；还包括固定在机架上的平衡气缸，平衡气缸通过浮动接头与所述第一滑板连接。

所述第二驱动机构包括环形的主轴座、固定在主轴座下端的转接法兰、通过两个球头支撑结构和一个可调球头支撑结构在转接法兰上的主轴法兰、固定在主轴法兰上且通过轴承设有第一转轴的主轴、通过转轴安装孔固定在第一转轴下端的砂轮法兰。

所述第一转轴设有贯通的过水孔；所述砂轮法兰的转轴安装孔周围均布径向孔，砂轮法兰的底部设有一圈环槽，环槽内均布有与径向孔连通的连通孔。

所述可调球头支撑结构包括设在所述主轴法兰上可径向运动且设球面的T形块、设在所述转接法兰上的导向套、通过外螺纹设在导向套内螺纹上的螺套、通过外螺纹设在螺套内螺纹上且在周向限位的球头顶杆，球头顶杆上端由导向套导向，球头顶杆的球头与T形块的内凹球面配合；所述螺套内外螺纹的螺距不同，球头顶杆上端开有竖槽，用设在导向套上的圆柱紧定螺钉与竖槽配合，防止球头顶杆转动；所述主轴法兰设有T形槽，所述T形块设在T形槽内可沿T形槽滑动，主轴法兰在T形槽处设有挡块，给T形块限位；所述主轴法兰和转接法兰之间通过螺钉连接，在螺钉和转接法兰之间设有多组蝶形弹簧。

所述球头支撑结构包括固定在主轴法兰上设有内凹球面的球头座、固定在转接法兰上且通过球头与球头座的内凹球面配合的球头杆、穿过球头杆通过螺纹固定在球头座上的螺钉，螺钉的直径小于球头杆的内径，螺钉和球头杆之间有间隙，在球头杆和螺钉之间设置一组球面垫圈。

所述第三驱动机构包括设在机体上的电机、与电机的第二转轴连接的第二丝杆副。

所述第四驱动机构包括与机体上的导轨副配合的第二滑板、通过支架安装在第二滑板上的减速电机、安装在第二滑板上的第二轴承座、安装在第二轴承座内且通过皮带轮和皮带与减速电机连接的第三转轴、固定在第三转轴上端的旋转盘，第二滑板固定在所述第三驱动机构中第二丝杆副的螺母座上。

所述第三转轴中心设有过气孔，旋转盘的顶面设有气槽，第三转轴与旋转盘之间设有O型圈用于密封，第二轴承座的下端固定有法兰，法兰的中部设有将第三转轴密封的密封圈，轴承下面设有锁紧螺母将轴承固定，旋转盘的底部设有上密封环，第二轴承座的上端设有下密封环，上迷宫环与下密封环形成迷宫密封腔，在下密封环的内侧开有气孔，通过气孔外接气管将外部压力气体通入迷宫密封腔；所述第三转轴的下端设有真空旋转接头。

有益效果

本实用新型可实现磨削加工微调节，能方便实现砂轮主轴多个方向的调整，有利于实现工件的加工面型控制，提高加工精度。同时冷却砂轮法兰盘采用砂轮主轴中心过水后经过砂轮上的孔环喷，更有利于冷却液将磨削过程中热量和粉末的带走，避免粉末留存在砂轮和工件之间影响砂轮的锋锐性，防止过载过大烧伤或工件表面的磨损。

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中第一驱动机构的结构示意图。

图3是本实用新型中第二驱动机构的结构示意图。

图4是本实用新型中第二驱动机构的剖视图。

图5是图4中Ⅰ处的局部放大图。

图6是图5中NN向剖视图。

图7是本实用新型中第二驱动机构的不同部位剖视图。

图8是图7中Ⅱ处的局部放大图。

图9是本实用新型中主轴调节原理示意图。

图10是本实用新型中主轴的剖视图。

图11是本实用新型中第三驱动机构的示意图。

图12是本实用新型中第四驱动机构的剖视图。

图13是本实用新型中砂轮法兰的结构示意图。

图14是本实用新型中砂轮的结构示意图。

图15是本实用新型磨削加工时冷却状态示意图。

具体实施方式

见图1、图11，本实用新型提供的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，包括机体1、设在机体1上用于驱动砂轮升降的第一驱动机构2、设在所述第一驱动机构2上用于驱动砂轮转动的第二驱动机构3、用于驱动工件盘水平直线运动的第三驱动机构5、设在所述第三驱动机构5上用于驱动工件轴转动的第四驱动机构4，机体1上设置有导轨副101和设有圆形开口103的安全罩102。

如图2所示，所述第一驱动机构2包括：通过轴承座207固定在机体1的机架212上的减速机电机204、通过联轴器206与减速机204连接的丝杆副210、与丝杆副210的螺母208连接的滑板201，丝杆副210两端设置有轴承211，丝杆副210通过螺母208驱动滑板201升降；第一驱动机构还包括通过气缸安装座205固定在机架212上的平衡气缸203，平衡气缸203通过浮动接头202与滑板201连接。工作时，可通过调整平衡气缸41的压力来平衡第二驱动机构3的重力，减小第一驱动机构丝杆副219的受力，减小第二驱动机构3的变形。

如图3、图10、图13、图14所示，第二驱动机构3包括环形的主轴座302、固定在主轴座302下端的转接法兰306、通过两个球头支撑结构和一个可调球头支撑结构在转接法兰306上的主轴法兰303、固定在主轴法兰303上且通过轴承314设有转轴312的主轴301、通过转轴安装孔固定在转轴312下端的砂轮法兰309，主轴301内设有线圈绕组，在通电时可驱动转轴312转动，第二驱动机构3通过主轴座302用圆柱销209设在第一驱动机构2的滑板201上（参见图2）；所述转轴312设有贯通的过水孔315，砂轮310安装在砂轮法兰309上；砂轮法兰309的转轴安装孔周围均布径向孔317，砂轮法兰309的底部设有一圈环槽3091，环槽3091内均布有与径向孔317连通的连通孔318；砂轮310上设有环槽3101，砂轮法兰309的环槽3091和砂轮310的环槽3101在零件安装后组成空腔a，砂轮310的环槽3101内均匀布置一圈斜孔319。

如图4——图6所示，所述可调球头支撑结构包括设在所述主轴法兰303上可径向运动且设球面的T形块304、设在所述转接法兰306上的导向套307、通过外螺纹设在导向套307内螺纹上的螺套308、通过外螺纹设在螺套308内螺纹上且在周向限位的球头顶杆305，球头顶杆305上端由导向套307导向，球头顶杆305的球头与T形块304的内凹球面配合；螺套308内外螺纹的螺距不同，旋转螺套308，球头顶杆305上升的高度为螺套308内外螺纹的螺距差，球头顶杆305上端开有竖槽，用设在导向套307上的圆柱紧定螺钉320与竖槽配合，防止球头顶杆305转动；主轴法兰303设有T形槽，T形块304设在T形槽内可沿T形槽滑动，主轴法兰303在T形槽处设有挡块321，给T形块304限位；主轴法兰303和转接法兰306之间通过螺钉326连接，在螺钉326和转接法兰306之间设有多组蝶形弹簧327，可使主轴法兰303相对转接法兰306做一定程度的上下摆动。

如图7、图8所示，所述球头支撑结构包括固定在主轴法兰303上设有内凹球面的球头座322、固定在转接法兰306上且通过球头与球头座322的内凹球面配合的球头杆311、穿过球头杆311通过螺纹固定在球头座322上的螺钉325，螺钉325的直径小于球头杆311的内径，螺钉325和球头杆311之间有间隙，在球头杆311和螺钉325之间设置一组球面垫圈323、324，利用螺钉325和球头杆311之间的间隙、球头杆311与球头座322之间的球面和球面垫圈323、324可使主轴法兰303相对转接法兰306做一定程度的上下摆动。

主轴调节原理如图9所示：两个可调球头支撑结构的中心分别为A和B，球头支撑结构的中心为C。当需要主轴301前倾时，旋转中心为A的可调球头支撑结构的螺套308使该可调球头支撑结构与球头支撑结构调到同一高度，固定可调球头支撑结构两侧的螺钉326，而后可通过旋转中心为B的可调球头支撑结构的螺套308来调整主轴301的前倾或者后仰，调整后固定其两侧的螺钉326。这种方式可使主轴301沿轴线AC摆动一定的幅度。当需要使主轴301在垂直AB方向的摆动时，可按上述方式，同时调整两个可调球头支撑结构，可使主轴301以球头支撑结构的C点为中心，在垂直AB方向前倾、或者后仰。

本实施例中，螺套308外螺纹螺距为螺纹为2，内螺纹螺距为1.5，内、外螺纹均为右旋。因导向套307固定安装，工作时，旋拧螺套308顺时针旋转一周，螺套308上升2mm，因圆柱紧定螺钉320的周向约束，球头顶杆305被迫与螺套308内螺纹反向旋转1周，回退一个螺距（1.5），球头顶杆305实际移动距离为0.5。螺套308旋转1°球头顶杆5的位移量为 0.5/360=0.00138mm。

如图11所示，所述第三驱动机构5包括通过电机安装座设在机体1上的电机501、与电机501的转轴连接的丝杆副503，丝杆副503上螺母座502用于与第四驱动机连接。

如图12所示，所述第四驱动机构4包括与机体1上的导轨副101配合的滑板406、通过支架419安装在滑板406上的减速电机401、安装在滑板406上的轴承座409、通过转台轴承410和轴承407安装在轴承座409内且通过皮带轮404和皮带403与减速电机401连接的转轴408、固定在转轴408上端的旋转盘413；转轴408中心设有过气孔416，旋转盘413的顶面设有气槽，转轴408与旋转盘413之间设有O型圈415用于密封，轴承座409的下端固定有法兰405，法兰405的中部设有将转轴408密封的密封圈418，轴承407下面设有锁紧螺母417将轴承407固定，旋转盘413的底部设有上密封环412，轴承座409的上端设有下密封环411，上迷宫环412与下密封环411形成迷宫密封腔，在下密封环411的内侧开有气孔，通过气孔外接气管将外部压力气体通入迷宫密封腔；工件盘414放置在旋转盘413时，工件盘414与旋转盘413上的气槽形成气腔，转轴408的过气孔416上端与工件盘414和旋转盘413之间的气腔连接，转轴408的下端设有真空旋转接头402，真空旋转接头402通过气管将过气孔416与外部的真空泵连接，从而使气腔产生真空，将工件盘414吸附在旋转盘413上；第四驱动机构4通过滑板406固定在第三驱动机构5丝杆副503的螺母座502上，当第三驱动机构5的电机501转动时，通过丝杆副503驱动第四驱动机构4沿导轨副101做直线运动。

见图1、图3、图10、图11、图14，本实用新型工作时，通过PLC控制第一驱动机构2、第二驱动机构3、第三驱动机构5和第四驱动机构4使第二驱动机构3上的砂轮310在安全罩102的圆形开口103内对第三驱动机构5上的工件进行精确磨削，可通过球头支撑结构和可调球头支撑结构调整砂轮310的前倾或者后仰角度，可在转轴312上端连接旋转接头313将冷却水通入过水孔315到砂轮法兰309的转轴安装孔与转轴312之间的空腔316，再由砂轮法兰309的径向孔317经连通孔318到砂轮310与砂轮法兰309之间的空腔a，最后由砂轮310上的斜孔319排出冷却工件。

见图10、图15，工件在工件盘414的驱动下做旋转运动，砂轮环带与工件接触的部分形成磨削区域，冷却液经砂轮310的斜孔319喷向磨削区域，可以在磨削区域的内侧区域三、区域四冷却磨削加工。因砂轮磨削时线速度大，冷却液从砂轮上喷出速度大，相对定点冷却效果更好，更大均匀，有利于及时将磨削过程中的粉末带走。同时因在砂轮磨削区域的内外侧都设有冷却液，更有利于冷却液将磨削过程中热量和粉末的带走，防止烧伤或工件表面的磨损。在磨削区域外侧的区域一设喷管一、区域二设置喷管二，向砂轮磨削区域喷射冷却液。

Claims (9)

1.一种用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是包括设有导轨副的机体、设在机体上用于驱动砂轮升降的第一驱动机构、设在所述第一驱动机构上用于驱动砂轮转动的第二驱动机构、用于驱动工件盘水平直线运动的第三驱动机构、设在所述第三驱动机构上用于驱动工件轴转动的第四驱动机构。

2.根据权利要求1所述的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是所述第一驱动机构包括固定在机体的机架上的减速机电机、通过联轴器与减速机连接的第一丝杆副、与第一丝杆副的螺母连接的第一滑板；还包括固定在机架上的平衡气缸，平衡气缸通过浮动接头与所述第一滑板连接。

3.根据权利要求1所述的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是所述第二驱动机构包括环形的主轴座、固定在主轴座下端的转接法兰、通过两个球头支撑结构和一个可调球头支撑结构在转接法兰上的主轴法兰、固定在主轴法兰上且通过轴承设有第一转轴的主轴、通过转轴安装孔固定在第一转轴下端的砂轮法兰。

4.根据权利要求3所述的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是所述第一转轴设有贯通的过水孔；所述砂轮法兰的转轴安装孔周围均布径向孔，砂轮法兰的底部设有一圈环槽，环槽内均布有与径向孔连通的连通孔。

5.根据权利要求3所述的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是所述可调球头支撑结构包括设在所述主轴法兰上可径向运动且设球面的T形块、设在所述转接法兰上的导向套、通过外螺纹设在导向套内螺纹上的螺套、通过外螺纹设在螺套内螺纹上且在周向限位的球头顶杆，球头顶杆上端由导向套导向，球头顶杆的球头与T形块的内凹球面配合；所述螺套内外螺纹的螺距不同，球头顶杆上端开有竖槽，用设在导向套上的圆柱紧定螺钉与竖槽配合，防止球头顶杆转动；所述主轴法兰设有T形槽，所述T形块设在T形槽内可沿T形槽滑动，主轴法兰在T形槽处设有挡块，给T形块限位；所述主轴法兰和转接法兰之间通过螺钉连接，在螺钉和转接法兰之间设有多组蝶形弹簧。

6.根据权利要求3所述的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是所述球头支撑结构包括固定在主轴法兰上设有内凹球面的球头座、固定在转接法兰上且通过球头与球头座的内凹球面配合的球头杆、穿过球头杆通过螺纹固定在球头座上的螺钉，螺钉的直径小于球头杆的内径，螺钉和球头杆之间有间隙，在球头杆和螺钉之间设置一组球面垫圈。

7.根据权利要求1所述的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是所述第三驱动机构包括设在机体上的电机、与电机的第二转轴连接的第二丝杆副。

8.根据权利要求1所述的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是所述第四驱动机构包括与机体上的导轨副配合的第二滑板、通过支架安装在第二滑板上的减速电机、安装在第二滑板上的第二轴承座、安装在第二轴承座内且通过皮带轮和皮带与减速电机连接的第三转轴、固定在第三转轴上端的旋转盘，第二滑板固定在所述第三驱动机构中第二丝杆副的螺母座上。

9.根据权利要求8所述的用于半导体衬底硬质材料端面加工的磨床，其特征是所述第三转轴中心设有过气孔，旋转盘的顶面设有气槽，第三转轴与旋转盘之间设有O型圈用于密封，第二轴承座的下端固定有法兰，法兰的中部设有将第三转轴密封的密封圈，轴承下面设有锁紧螺母将轴承固定，旋转盘的底部设有上密封环，第二轴承座的上端设有下密封环，上迷宫环与下密封环形成迷宫密封腔，在下密封环的内侧开有气孔，通过气孔外接气管将外部压力气体通入迷宫密封腔；所述第三转轴的下端设有真空旋转接头。

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