Die Erfindung betrifft eine Flachläppmaschine zum Präzi
sionsschleifen flacher Oberflächen auf den Vorder- und
Rückseiten eines Werkstücks, und zwar durch Läppen, Polier
en oder Schleifen.
Läppmaschinen werden beispielsweise zum Läppen von Halblei
ter-Wafern und Substraten von Speicherdisketten für Compu
ter verwendet. Herkömmliche Läppmaschinen weisen mehrere
Werkstückhalter auf, die Teil eines Planetengetriebes
sind und zwischen einem drehbaren Sonnenrad und einem
innenverzahnten Hohlrad angeordnet sind. Dabei sind die
Werkstücke auf Werkstückhaltern gehaltert und werden
von oberen und unteren Läppscheiben geläppt. Herkömmliche
Läppmaschinen dieser Art haben jedoch mehrere Nachteile:
- (a) Da die Werkstückhalter sowohl durch das Sonnenrad
als auch durch das innenverzahnte Hohlrad angetrieben
werden, muß das innenverzahnte Hohlrad einen großen Durch
messer haben. Außerdem ist der Antrieb und die Steuerung
der Umdrehung der Werkstückhalter kompliziert und bereitet
Probleme, da sowohl das zentrale Sonnenzahnrad als auch
das innenverzahnte Hohlrad gesteuert werden müssen, wenn
während des Läppens die Umdrehungsrichtung der Werkstück
halter geändert werden soll.
- (b) Ebenfalls ist es schwierig, die Werkstückhalter sowie
die Werkstücke selbst automatisch an der Läppmaschine
einzurichten und wieder abzunehmen.
- Denn für einen solchen automatischen Betrieb muß gewährlei
stet sein, daß die entsprechenden Werkstückhalter in
eine vorgegebene Lagebeziehung zueinander gebracht werden
und vor bzw. nach dem Läppen exakt in vorgegebenen Be-
bzw. Entladestellungen angehalten werden, wobei eben
falls die Werkstücke mittels der Werkstückhalter in vorge
gebenen Lagen konstant gehalten werden.
- Somit ist es relativ schwierig, die entsprechenden Werk
stückhalter dauernd und unabhängig in vorgegebenen Lagen
anzuordnen, da diese sich in Eingriff mit dem gemeinsamen,
innenverzahnten Hohlrad mit großem Durchmesser befinden.
Da außerdem jeder Werkstückhalter eine planetarische
Bewegung um das Sonnenrad ausführt, bereitet es große
Schwierigkeiten, die Werkstückhalter nach dem Läppen
in speziellen Positionen anzuhalten und die Bewegungs
richtungen der gesamten Werkstückhalter so zu steuern,
daß die Werkstücke dauernd in vorgegebenen Lagen angeord
net sind.
- (c) Wenn nach Beendigung des Läppens die obere Läppschei
be angehoben wird, bleibt häufig das entsprechende Werk
stück an dieser haften und wird mit dieser zusammen ange
hoben und vielleicht sogar beschädigt, wenn es während
des Anhebens wieder abfällt. Außerdem ist es schwierig,
ein Schleifmuster in bestimmter Richtung auf die Werk
stücke aufzubringen.
Das zuerst erwähnte Problem kann dadurch gelöst werden,
daß die Werkstücke auf den Werkstückhaltern nach Beendi
gung des Läppens durch geeignete Einrichtungen festgehal
ten werden. Das zweite Problem kann dadurch gelöst werden,
daß für eine kurze Zeit der Läppvorgang wieder ausgeführt
wird, während die Werkstücke auf den Werkstückhaltern
festgehalten sind. Um dennoch sämtliche Werkstücke auf
den Werkstückhaltern festzuhalten, ist es notwendig,
die entsprechenden Werkstückhalter mit den Werkstücken
regelmäßig nach dem Läppen in der vorgegebenen Bewegungs
richtung anzuhalten, wie bereits oben ausgeführt wurde.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine vereinfachte
Flachläppmaschine zu schaffen, bei der die Werkstückhalter
nicht mehr zusätzlich von einem innenverzahnten Hohlrad
mit großem Durchmesser, sondern statt dessen nur noch
von einem einzigen Zahnrad angetrieben werden.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine Flachläppma
schine zu schaffen, bei der die Werkstückhalter in vorgege
bener Lagebeziehung zueinander gehalten und nach Beendi
gung des Läppens regelmäßig in vorgegebenen Lagen und
Richtungen ohne Schwierigkeiten angehalten werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Flachläppmaschine gemäß
Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den im kennzeichnenden
Teil aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die erfindungsgemäße Flachläppmaschine weist mehrere
Zahnrad-Halterungsvorrichtungen auf, die jeweils mehrere
kleine Zahnräder besitzen und in gleichmäßigen Abständen
um ein zentrales Zahnrad herum angeordnet sind. Durch
diese Zahnrad-Antriebsvorrichtungen werden die Werkstück
halter jeweils in vorgegebenen Positionen drehbar gehal
tert, wobei die Werkstückhalter vom zentralen Zahnrad
angetrieben werden.
Die Werkstücke, die auf den entsprechenden Werkstückhal
tern angeordnet sind, welche von den kleinen Zahnrädern
der Zahnrad-Halterungsvorrichtung gehaltert werden, werden
von oberen und unteren Läppscheiben geläppt, wobei sich
das zentrale Zahnrad sowie die oberen und unteren Läpp
scheiben drehen. Durch Umkehr der Umdrehungsrichtung
des zentralen Zahnrades und der oberen und unteren Lapp
scheiben, können die Werkstücke gleichmäßig abgeschliffen
werden. Ferner kann der Verschleiß der Läppscheiben besser
beherrscht werden.
Da die Werkstückhalter nur noch durch das zentrale Zahn
rad - und nicht mehr wie bei herkömmlichen Maschinen
noch zusätzlich durch ein großes, innenverzahntes Hohlrad -
angetrieben werden, kann das Antriebssystem vereinfacht
werden. Außerdem kann es einfacher gesteuert werden,
da zur Umkehr der Umdrehungsrichtung der Werkstückhalter
während des Läppens nicht mehr neben dem zentralen Zahnrad
auch noch das innenverzahnte Hohlrad gesteuert zu werden
braucht.
Nach Beendigung des Läppens der Werkstücke wird die Um
drehung des zentralen Zahnrades und der oberen und unteren
Läppscheiben gestoppt. Da die Werkstückhalter in vorge
gebenen Positionen vom gemeinsamen zentralen Zahnrad
angetrieben werden, können sie leicht in der gewünschten
Richtung angehalten werden. Somit können die Werkstückhal
ter und die Werkstücke in einfacher Weise automatisch
eingerichtet und wieder abgenommen werden. Falls die
Werkstückhalter außerdem mit Haltemitteln versehen sind,
können die Werkstücke in den entsprechenden Werkstückhal
tern in einem einfachen Arbeitsschritt gehaltert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnun
gen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Flach
läppmaschine in einer ersten Ausführung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf diesen Teil aus Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht durch den
Teil der Flachläppmaschine aus Fig. 1;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Teil aus Fig. 3;
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Werkstückhalter in
einer ersten Ausführung;
Fig. 6 eine Darstellung des in die Maschine eingesetz
ten Werkstückhalters aus Fig. 5;
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Werkstückhalter in
einer zweiten Ausführung;
Fig. 8 eine Darstellung des in die Maschine eingesetzten
Werkstückhalters aus Fig. 7;
Fig. 9 eine Draufsicht auf einen Werkstückhalter in
einer dritten Ausführungsform; und
Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Teil der Flachläppma
schine in einer zweiten Ausführung.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist die Flachläppma
schine ein Maschinengehäuse 1, eine obere und eine untere
Läppscheibe 2 und 3 sowie ein zentrales Zahnrad 4 auf.
Zur Umdrehung mit einer gewünschten Gewindigkeit und
in gewünschter Umdrehungsrichtung sind die Läppscheiben
2 und 3 und das zentrale Zahnrad 4 mit einem hier nicht
dargestellten Antrieb über Antriebsräder 5 a, 6 a und 7 a
verbunden, die an den jeweiligen unteren Enden von koaxial
ineinander angeordneten Antriebswellen 5, 6 und 7 sitzen.
Wie durch Phantomlinien in Fig. 1 angedeutet, ist die
obere Läppscheibe 2 auf der ersten Antriebswelle 5 verti
kal bewegbar gehaltert.
Auf dem Maschinengehäuse 1 sind mehrere Zahnrad-Halterungs
vorrichtungen 10 zum Haltern von Werkstückhaltern 9 in
gleichmäßigem Abstand um das zentrale Zahnrad herum ange
ordnet. Diese Zahnrad-Halterungsvorrichtungen 10 haltern
die entsprechenden Werkstückhalter 9 drehbar in vorgegebe
nen Positionen. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich
ist, weisen die Zahnrad-Halterungsvorrichtungen 10 vier
kleine Zahnräder 11 bis 14 auf, die jeweils am Umkreis
eines Werkstückhalters 9 im Abstand zueinander angeordnet
sind und sich im Eingriff mit dem entsprechenden Werkstück
halter 9 befinden. Eines der kleinen Zahnräder 11 bis
14, beispielsweise das kleine Zahnrad 11 befindet sich
ebenfalls in Eingriff mit dem zentralen Zahnrad 4, so
daß der Werkstückhalter 9 vom zentralen Zahnrad 4 ange
trieben wird. Von den übrigen kleinen Zahnrädern 12 bis
14 ist das kleine Zahnrad 14 ebenfalls in der Nähe des
zentralen Zahnrades 4 angeordnet, hat jedoch einen klei
neren Durchmesser als die anderen kleinen Zahnräder 11
bis 13, so daß ein Eingriff mit dem zentralen Zahnrad
4 nicht möglich ist.
Das von den oberen und unteren Läppscheiben 2 und 3 zu
läppende Werkstück 15 wird auf dem Werkstückhalter 9
angeordnet, welcher von der Zahnrad-Halterungsvorrichtung
10 gehaltert wird, indem das Werkstück 15 in einen Durch
bruch 16 aufgenommen wird, welcher exzentrisch zum Dreh
punkt des Werkstückhalters 9 ausgebildet ist und zur
Halterung der Werkstücke 15 dient. Während des Läppens
befindet sich das Werkstück 15 in dem Durchbruch 16 und
wird entlang eines Kreises mit einem der Exzentrizität
entsprechenden Radius gedreht.
Zum Läppen mit der Flachläppmaschine werden zuerst die
Werkstücke 15 in die zur Halterung dienenden Durchbrüche
16 der Werkstückhalter 9 gelegt, welche sich in Eingriff
mit den vier kleinen Zahnrädern 11 bis 14 der entsprechen
den Zahnrad-Halterungsvorrichtung 10 befindet, wie insbe
sondere Fig. 2 zeigt. Dabei werden die Werkstückhalter
9 in solche Lagen gebracht, daß die exzentrisch angeordne
ten Durchbrüche 16 auf der zum Mittelpunkt des zentralen
Zahnrades 4 gerichteten Seite liegen. Nachdem die obere
Läppscheibe 2 auf eine Position entsprechend der durchge
zogenen Linien in Fig. 1 herabgesenkt worden ist, wird
das zentrale Zahnrad 4 in die eine Richtung mit konstanter
Geschwindigkeit angetrieben, während die oberen und unte
ren Läppscheiben 2 und 3 in entgegengesetzter Richtung
mit gleichmäßiger Geschwindigkeit gedreht werden. Dabei
wird jeder Werkstückhalter 9 in vorgegebener Position
gehaltert und über das kleine Zahnrad 11 angetrieben,
so daß das Werkstück im exzentrisch angeordneten Durch
bruch 16 entlang eines Kreises mit einem der Exzentrizität
entsprechenden Radius gedreht und von den oberen und
unteren Läppscheiben 2 und 3 geläppt wird.
Nach einer bestimmten Zeitdauer wird während des Läppens
die Drehrichtung des zentralen Zahnrades 4 geändert,
so daß die Werkstückhalter 9 und die Werkstücke 15 in
entgegengesetzter Richtung umlaufen und dadurch die Werk
stücke 15 in entgegengesetzter Richtung an den Läppschei
ben 2 und 3 entlanggleiten. Dadurch wird lokaler Ver
schleiß an den Läppscheiben 2 und 3 verhindert, der auf
dem Geschwindigkeitsunterschied zwischen den innen- und
außenliegenden Abschnitten der Läppscheiben 2 und 3 be
ruht, falls die Werkstücke nur in eine Richtung gedreht
würden. Somit wird die Oberfläche der Läppscheiben 2
und 3 für eine längere Zeit eben gehalten, was die Wartung
erheblich vereinfacht.
Wenn das Läppen der Werkstücke 15 beendet ist, werden
das zentrale Zahnrad 4 und die oberen und unteren Läpp
scheiben 2 und 3 angehalten. Anschließend wird die obere
Läppscheibe 2 angehoben auf die in Fig. 1 mit Phantom
linien gekennzeichnete Position angehoben, damit die
Werkstücke 15 von den Werkstückhaltern 9 abgenommen werden
können. Die Werkstücke 15 können separat oder zusammen
mit den Werkstückhaltern 9 abgenommen werden. Da die
Werkstückhalter 9 konstant in festgesetzten Lagen gehalten
werden, ohne sich um das zentrale Zahnrad 4 zu drehen,
und in derselben Richtung zum Mittelpunkt des zentralen
Zahnrades 4 liegen, können sie leicht in derselben Rich
tung angehalten werden, indem geeignete Sensoren verwendet
werden, die den Drehwinkel des zentralen Zahnrades 4
erkennen und dieses an einem bestimmten Drehwinkel anhal
ten. Somit können das Einrichten und Abnehmen der Werk
stückhalter 9 und der Werkstücke 15 wesentlich erleichtert
werden. Insbesondere automatisches Be- und Entladen der
Werkstücke kann nunmehr leicht realisiert werden, da
die Werkstückhalter nicht mehr jedesmal in ihrer Lage
und Richtung eingestellt werden müssen.
Um die Drehlage des zentralen Zahnrades 4 zu erkennen
und dieses in einer vorgegebenen Position anzuhalten,
kann beispielsweise ein zentrales Zahnrad 4 verwendet
werden, das ein um die ganze Zahl n Vielfaches an Zähnen
mehr als die Werkstückhalter 9 besitzt und selbst oder
auf seiner Antriebswelle 7 in gleichmäßigen Abständen
zueinander Nocken (hier nicht dargestellt) mit der Anzahl n
aufweist, welche mit einem gegenüber auf dem Maschi
nengehäuse 1 in geeigneter Position angeordneten Nocken
detektor zusammenwirken. Wird das zentrale Zahnrad 4
in einer vorgegebenen Winkellage durch den Nockendetek
tor angehalten, so werden auch die Werkstückhalter 9
angehalten, wobei sie gleichzeitig die gewünschte vorgege
bene Richtung aufweisen.
Anstelle von Werkstückhaltern 9 mit kreisförmigen Durch
brüchen 16 zur Halterung der Werkstücke 15 können auch
Werkstückhalter 19 mit Durchbrüchen 20 in einer zweiten
Ausführung verwendet werden, wie sie in den Fig. 5
und 6 dargestellt sind. Bei diesen Werkstückhaltern 19
wird ein Anheben der Werkstücke 15 zusammen mit der oberen
Läppscheibe 2 verhindert, wenn diese angehoben wird.
Gemäß Fig. 5 weist der Werkstückhalter 19 am Umfang
seines Körpers 19 a eine Zahnreihe 19 b sowie wiederum
in exzentrischer Anordnung einen Durchbruch 20 zur Halte
rung des Werkstücks 15 auf. Der Durchbruch 20 besitzt
zum Festhalten des Werkstücks 15 Haltemittel, die hier
aus abgeschrägten Abschnitten 20 a bestehen, die als Teil
des Randes des Durchbruchs 20 ausgebildet sind.
Das Werkstück 15 wird auf dem Werkstück 19 in folgender
Weise festgehalten:
Nach dem Läppen werden die oberen und unteren Läppscheiben
2 und 3 und das zentrale Zahnrad 4 entsprechend Fig. 6
angehalten, wobei sich die Werkstückhalter 19 in solchen
Lagen befinden, daß die abgeschrägten Abschnitte 20 a
der Durchbrüche 20 in Umlaufrichtung der Läppscheiben
2 und 3 liegen.
Während nun das zentrale Zahnrad 4 festgehalten wird,
werden die oberen und unteren Läppscheiben 2 und 3 in
Richtung auf die abgeschrägten Abschnitte 20 a verdreht,
so daß die Werkstücke 15 in die abgeschrägten Abschnitte
20 a gedrückt und dort fest gehaltert werden, wobei gleich
zeitig ein Schleifmuster in einer Richtung auf die Ober
flächen der Werkstücke 15 aufgebracht wird. Durch die
Aufbringung eines solchen Schleifmusters wird das Aussehen
der Produkte verbessert und damit ihr Verkaufwert erhöht.
Anschließend wird die obere Läppscheibe 2 angehoben,
damit die Werkstücke 15 entnommen werden können. Da die
Werkstücke 15 durch die abgeschrägten Abschnitte 20 a
festgehalten werden, können sie dabei nicht zusammen
mit der oberen Läppscheibe 2 angehoben werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Werkstück
halters 22, der am Umfang seines Körpers 22 a eine Zahn
reihe 22 b sowie einen exzentrisch angeordneten Durchbruch
23 zur Halterung der Werkstücke aufweist. Auf der einen
Seite des Körpers 22 a des Werkstückhalters 22 ist eine
querverlaufende Schlitznut 24 ausgebildet, die den Rand
des Werkstückhalters 22 mit dem Durchbruch 23 verbindet.
Dabei wird die Schlitznut 24 aus einer Schwalbenschwanz
nut 25 und einer Schwalbenschwanznase 26 gebildet. Die
Schwalzenschwanznut 25 hat etwas größere Abmessungen
als die Schwalbenschwanznase 26, damit der Körper 22 a
des Werkstückhalters 22 innerhalb eines Bereiches ela
stisch verformbar ist, innerhalb dessen die Schwalben
schwanznase 26 in der Schwalbenschwanznut 25 verschiebbar
ist. Bei elastischer Verformung des Körpers 22 a des Werk
stückhalters 22 wird der Durchbruch 23 zur Halterung
der Werkstücke vergrößert oder verkleinert, um das darin
gehalterte Werkstück 15 zu lösen oder festzuhalten. Ferner
ist auf dem Körper 22 a des Werkstückhalters 22 ein kreis
förmiger Schlitz 27 an einer radial der Schlitznut 24
gegenüberliegenden Stelle angeordnet, damit ein Zerbrechen
des Werkstückhalters 22 verhindert wird, was aufgrund
der elastischen Verformung durch Konzentration der Kräfte
an dieser Stelle hervorgerufen werden könnte.
Der Läppvorgang unter Verwendung der Werkstückhalter
22 wird im folgenden beschrieben:
Gemäß Fig. 8 sind sämtliche Werkstückhalter 22 so durch
die jeweiligen Zahnrad-Halterungsvorrichtungen 10 gehal
tert, daß sie in derselben Richtung geführt werden. In
Richtung des Pfeils a wird nun das zentrale Zahnrad 4
gedreht, um die Werkstücke 15 zu läppen, welche auf den
Werkstückhaltern 22 befestigt sind. Während des Läppens
wird ein Auseinanderbiegen der Werkstückhalter 22 aufgrund
des Eingriffs der Schwalbenschwanznase 26 in der Schwalben
schwanznut 25 verhindert, so daß sich die Werkstückhalter
22 nur geringfügig ausdehnen können, was jedoch den nor
malen Läppvorgang nicht beeinflußt.
Nach Beendigung des Läppens werden die oberen und unteren
Läppscheiben 2 und 3, das zentrale Zahnrad 4 und dadurch
die Werkstückhalter 22 angehalten, und zwar letztere
in solcher Lage, daß die entsprechenden Schlitznuten
24 in Umlaufrichtung der Läppscheiben 2 und 3 liegen,
wie in Fig. 8 dargestellt ist.
Dabei wird nun das zentrale Zahnrad 4 in entgegengesetzter
Richtung entsprechend dem Pfeil b gedreht, während minde
stens eines der kleinen Zahnräder 12 und 13 festgehalten
werden. Dadurch werden die Werkstückhalter 22 einer elasti
schen Verformung unterworfen, indem sich die Schlitznut
24 verengt, so daß die Werkstücke 15 durch Verengung
des diese halternden Durchbruchs 23 arretiert werden.
Somit ist es notwendig, Werkstückhalter 22 in Verbindung
mit Zahnrad-Halterungsvorrichtungen 10 zu verwenden,
bei denen mindestens eines der kleinen Zahnräder 12 und
13 gegen die Rotation in umgekehrter Richtung abgebremst
werden kann.
Wird das Werkstück 15 in dieser Weise festgehalten, kann
nicht nur ein Schleifmuster auf dessen Oberfläche durch
nachfolgendes Läppen aufgebracht werden, sondern es wird
ebenfalls verhindert, daß nach dem Läppen das Werkstück
15 zusammen mit der oberen Läppscheibe 2 angehoben wird.
Das Werkstück 15 kann aus der Halterung gelöst werden,
indem das zentrale Zahnrad 4 wieder etwas in Richtung
des Pfeils a gedreht wird.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Werkstück
halters 30, der mehrere auf seinem Körper ausgebildete
Durchbrüche 31 zur Halterung von Werkstücken aufweist.
Diese Durchbrüche 31 sind jeweils über Schlitze 32 mit
einander verbunden. Ferner erstreckt sich eine radial
verlaufende Schlitznut 33 vom Umfang zu einem der Schlitze
32. Dabei wird die Schlitznut 33 aus einer Schwalben
schwanznut 34 und einer Schwalbenschwanznase 35 gebildet.
Der gegenüber der Schlitznut 33 liegende Schlitz 32 wird
von einem Steg 36 unterbrochen, der einen inneren Ab
schnitt 30 a, welcher von den Durchbrüchen 31 und den
Schlitzen 32 begrenzt wird, mit einem äußeren Abschnitt
30 b des Werkstückhalters 30 verbindet.
Da der Läppvorgang bei Verwendung dieses Werkstückhalters
30 genauso abläuft, wie bereits oben beschrieben wurde,
soll hier auf weitere Ausführungen verzichtet werden.
Fig. 10 zeigt eine zweite Ausführungsform der Läppma
schine, die sich zur ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1
nur dadurch unterscheidet, daß jede Zahnrad-Halterungs
vorrichtung 40 nur zwei kleine Zahnräder 41 und 42 auf
weist und daß sich jeder Werkstückhalter 9 direkt mit
dem zentralen Zahnrad 4 in Eingriff befindet. Im übrigen
läuft der Läppvorgang genauso ab wie bei der Ausführungs
form gemäß Fig. 1.