CN110394711A - 一种研磨装置、倒角加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨装置、倒角加工装置及加工方法，研磨装置包括至少一个磨轮，所述至少一个磨轮的研磨面呈圆柱曲面，倒角加工装置包括研磨装置；工作台，所述工作台包括旋转轴和装载台，所述装载台在所述旋转轴的带动下做自转运动；倒角加工方法包括：在工作台上放置工件，控制工件做自转运动；控制磨轮在自转的同时与所述工件的边缘进行接触，使所述磨轮与所述工件做相对旋转运动以对所述工件进行加工。根据本发明实施例的研磨装置、倒角加工装置及加工方法，采用点接触加工，产生的硅粉更容易排除，研磨液可对研磨点进行有效冷却，确保了硅片加工的质量，减少报废率；通过控制磨轮的运动轨迹可加工出任意边缘轮廓形状的硅片，生产效率高。

Description

一种研磨装置、倒角加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及半导体单晶硅片加工技术领域,具体涉及一种研磨装置、倒角加工装置及加工方法。

背景技术

硅单晶经过外径滚磨、V形槽加工和线切割等加工工艺成硅片后，边缘有棱角、毛刺、崩边、裂纹、缺口或其他缺陷，边缘表面粗糙、应力集中，极容易解理、破碎。因此，为了增加硅切片的边缘机械强度、减少颗粒沾污，需对硅片进行倒角加工。

但传统的倒角加工工艺需先采用较粗的磨轮进行粗倒角加工，然后再用细的磨轮进行精倒角加工，而且传统的倒角机采用的是形状固定的凹槽式磨轮，易造成硅片局部过热膨胀，产生划伤、崩边、碎片等，甚至造成硅片报废，加工不同边缘形状硅片使需要频繁更换、校准砂轮，极大程度限制产能，效率低下。

因此，如何提高硅片倒角加工效率，同时确保加工后的硅片质量、降低硅片报废率是目前亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种研磨装置、倒角加工装置及加工方法，用于解决硅片倒角加工过程易造成损伤甚至报废、硅片加工效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的一种研磨装置，包括：

至少一个磨轮，所述至少一个磨轮的研磨面呈圆柱曲面。

进一步地，所述磨轮包括同轴设置的至少两个砂轮，所述至少两个砂轮的砂粒粒度相同或不同。

根据本发明第二方面实施例的一种倒角加工装置，包括：

研磨装置，所述研磨装置为如本发明第一方面实施例所述的研磨装置；

工作台，所述工作台包括旋转轴和用于安装工件的装载台，所述旋转轴与所述装载台连接，所述装载台能够在所述旋转轴的带动下做自转运动。

进一步地，所述倒角加工装置还包括：

研磨液装置，采用所述磨轮研磨所述工件时，所述研磨液装置的喷嘴指向所述磨轮与所述工件的接触点。

进一步地，所述工作台的台面与水平面呈0-90度夹角。

进一步地，所述磨轮的数目为两个。

根据本发明第三方面实施例的一种倒角加工方法，包括：

在工作台上放置工件，控制所述工件做自转运动；

控制磨轮在自转的同时与所述工件的边缘进行接触，使所述磨轮与所述工件做相对旋转运动以对所述工件进行加工。

进一步地，所述控制磨轮在自转的同时与所述工件的边缘进行接触包括：

调节所述磨轮的位置，使得所述磨轮上的指定砂轮与所述工件的边缘进行接触。

进一步地，所述磨轮的轴线在水平面上的投影直线与所述工件的圆面在水平面上的投影直线所成的夹角能够在0-90°范围内调节。

进一步地，所述方法还包括：

控制所述磨轮与所述工件做相对旋转运动以对所述工件进行加工的过程中，控制研磨液装置向所述磨轮与所述工件的接触点喷射研磨液。

进一步地，所述控制所述磨轮与所述工件做相对旋转运动以对所述工件进行加工包括：

确定磨轮的运动轨迹，其中，所述磨轮的运动轨迹包括多个，不同的运动轨迹对应工件的不同的边缘轮廓形状；

控制所述磨轮在自转的同时按照确定的运动轨迹进行运动。

本发明上述技术方案的有益效果如下：

通过采用圆柱形磨轮与硅片进行点接触加工，产生的硅粉更容易排除，研磨液可对研磨点进行有效冷却，确保了硅片加工的质量，减少报废率；同时可通过控制磨轮的运动轨迹加工出任意边缘轮廓形状的硅片，生产效率高。

附图说明

图1为现有技术中倒角机采用固定凹槽的砂轮加工工件的示意图；

图2为图1中工件在固定凹槽中加工的放大示意图；

图3为本发明实施例中工件倒角加工后的两种边缘轮廓形状的示意图；

图4为本发明实施例中采用倒角加工装置加工工件的立体示意图；

图5为本发明实施例中工作台与工件的设置形式的示意图；

图6为本发明实施例中采用倒角加工装置加工工件的侧视示意图；

图7为本发明实施例中采用倒角加工装置加工工件的俯视示意图。

附图标记：

工件1、圆弧形型工件2、梯型工件3；

砂轮4、凹型槽5；

磨轮6、第一砂轮601、第二砂轮602、驱动轴603；

研磨液装置7；

工作台8、装载台801、旋转轴802。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，工件1经倒角加工后，其边缘表面一般呈圆弧形(R-type)或梯形(T-type)，即加工得到圆弧形工件2或梯形工件3。在倒角加工过程中，为了提高加工尺寸公差、减小粗糙度和损伤层，一般先用较粗的金刚石磨轮进行粗倒角加工，然后再用细的金刚石倒角磨轮进行精倒角加工。

如图2、3所示，现有技术中采用倒角机对工件1进行加工，传统的倒角机采用的砂轮4的研磨面具有间隔分布的凹型槽5，凹型槽5的形状固定，对工件1的边缘进行包裹式加工，但在上述加工过程中，研磨区域中的一部分容易被工件1及凹型槽5阻挡而使研磨液无法顺利进入，由此将导致研磨区域的冷却效果不佳，造成工件1局部过热膨胀，产生划伤、崩边、碎片等，甚至造成工件1报废；而且，在切削过程中易产生大量粉末，开设有凹型槽5的砂轮4很难排出切削产生的粉末，因而同样会造成加工损伤层和划伤；此外，砂轮4的形状固定，即其上开设的凹型槽5形式固定，只能加工出特定边缘轮廓形状的工件(如圆弧形工件2)，加工不同边缘轮廓形状的工件1时，需频繁更换、校准砂轮4，效率低下，极大程度上限制了产能，而且为加工不同边缘轮廓形状的工件1，还需要购买不同形状的砂轮4，成本大大增加。

如图5所示，本发明实施例为解决上述技术问题，提供了一种倒角加工装置，包括研磨装置以及工作台8。其中，研磨装置包括至少一个磨轮6，磨轮6的研磨面呈圆柱曲面，即研磨状态下为利用磨轮6的研磨面与工件1的边缘进行点接触或者线接触，而非上述传统倒角机采用的包裹式面接触，由此研磨加工产生的粉末更容易排出。工作台8包括装载台801以及旋转轴802，装载台801用于安装固定工件1、而旋转轴802则与装载台801相连，在旋转轴802的带动下，装载台801以及其上安装固定的工件1做自转运动，在加工状态下，工件1与磨轮6做相对旋转运动，从而磨轮6对工件1的边缘进行研磨加工。

进一步地，本实施例中的磨轮6呈圆柱状，包括同轴设置的至少两个砂轮，本实施例中具体为两个，即第一砂轮601和第二砂轮602，第一砂轮601和第二砂轮602的砂粒粒度不同，本实施例中的第一砂轮601为粗粒度砂轮，第二砂轮602为细粒度砂轮；当然，在实际应用中，可根据加工的需要(如粗加工或精加工)，增加或减少砂轮的数量，而且，多个砂轮的砂粒粒度大小可以自由选择，可以相同也可以不同，一般情况下可沿轴线方向呈逐渐递增或递减设置。通过将不同砂粒粒度的砂轮集成为一个磨轮6、在加工过程中可随意选择不同砂粒粒度的砂轮对工件1进行研磨加工，如加工过程中的粗加工与精加工的切换，从而省去了频繁更换、校准砂轮的步骤，提高了生产加工效率。第一砂轮601和第二砂轮602由驱动轴603连接驱动，驱动轴603既可带动第一砂轮601和第二砂轮602做自转运动，也可带动第一砂轮601和第二砂轮602沿特定的运动轨迹在空间内运动，还可使第一砂轮601和第二砂轮602做自转运动得同时沿特定的运动轨迹在空间内运动，驱动轴603可以由机械臂、机床等自动化设备进行连接控制，由此，通过控制磨轮6的运动轨迹，即可加工得到任意边缘轮廓形状的工件，如圆弧形工件2、梯形工件3或其他边缘轮廓形状的工件，极大提高了加工的灵活性以及效率。

进一步地，本发明实施例中的磨轮6的数量优选为两个，两个磨轮6可同时分别对工件1的两个边缘进行，缩短加工时间；当然，磨轮6的数量也可继续增加，例如工件1的一个边缘上采用两个磨轮6进行加工，加工效率也可得到提高。

如图4、5所示，本发明实施例中的倒角加工装置还包括研磨液装置7、研磨液装置7用于喷射研磨液以对研磨区域进行冷却并带走研磨区域产生的粉末；研磨液装置7的喷嘴指向磨轮6与工件1的接触点，由于磨轮6与工件1呈点接触或线接触，不会受到其他结构的阻碍，故研磨液可以轻松地喷射到指定的研磨区域，研磨液对工件1的冷却效果更佳，而且产生的粉末更容易被研磨液带走排除，从而确保了工件1的加工质量，减少了磨损、划伤甚至报废等情况的发生。

如图5所示，进一步地，本发明实施例中的工作台8的台面与水平面呈0-90度夹角，即可以调节工作台8的台面与水平面所成的夹角，以适应不同的加工条件要求；特殊的，工作台8呈立式设置，即旋转轴802呈水平放置，而装载台801呈垂直于水平面放置，由此，装载台801上的工件1也将呈立式设置，研磨液装置7将更容易喷射到研磨区域，磨轮6与工件1的研磨过程也将更加顺畅，从而进一步提高研磨区域的冷却效果和排渣效果。

本发明实施例还提供了一种倒角加工方法，该方法应用上述倒角加工装置，包括以下步骤：

步骤S1：在工作台8(即装载台801)上安装固定待加工的工件1，利用旋转轴802带动装载台801及其上的工件1做自转运动；

步骤S2：控制磨轮6在自转的同时，与工件1的边缘进行接触，使磨轮6与工件1做相对旋转运动以对工件1进行加工。

步骤S2中，磨轮6与工件1的边缘相接触的部位根据实际加工需求进行选择，即通过调节磨轮6的位置，可以使磨轮6上指定砂粒粒度的砂轮与工件的边缘进行接触，如当需要进行粗加工时，调节磨轮6的位置，使磨轮6上粗粒度的第一砂轮601与工件1相接触，以对工件1进行粗加工，当需要进行精加工时，再调节磨轮6的位置，使磨轮6上细粒度的第二砂轮602与工件1相接触，以对工件1进行精加工。如此，省去了频繁更换、校准砂轮的步骤，提高了生产加工效率。

如图7所示，步骤S2中，磨轮6的轴线在水平面上的投影得到的直线与工件1的圆面在水平面上的投影得到的直线所成的夹角在0-90°的范围可调，即通过调节磨轮6的空间位置改变磨轮6与工件1在空间内的位置设置关系，可使得上述夹角的大小在0-90°范围内发生改变，而通过对上述夹角大小进行调节，可以起到减小加工印痕和损伤的效果。

进一步地，在本发明实施例中，磨轮6对工件1进行加工的过程中，利用研磨液装置7向磨轮6与工件1的接触点喷射研磨液，以对研磨区域进行有效冷却，并带走研磨产生的粉末，可有效减少磨损、划伤甚至报废等情况的发生。

进一步地，为了加工出所需边缘轮廓形状的工件，在加工前还应先确定磨轮6的运动轨迹，磨轮6的运动轨迹有多个，不同的运动轨迹对应工件1的不同的边缘轮廓形状，运动轨迹的相关程序命令可预先加载到控制磨轮6运动轨迹的机械臂或机床的控制器中，在确定工件1所需的边缘轮廓形状后，控制磨轮6沿与该边缘轮廓相对应的运动轨迹进行运动，从而加工出所需的边缘轮廓形状，如此，可极大提高加工的灵活性以及效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种研磨装置，其特征在于，包括：

至少一个磨轮，所述至少一个磨轮的研磨面呈圆柱曲面。

2.根据权利要求1所述的一种研磨装置，其特征在于，所述磨轮包括同轴设置的至少两个砂轮，所述至少两个砂轮的砂粒粒度相同或不同。

3.一种倒角加工装置，其特征在于，包括：

研磨装置，所述研磨装置为如权利要求1-2任一项所述的研磨装置；

工作台，所述工作台包括旋转轴和用于安装工件的装载台，所述旋转轴与所述装载台连接，所述装载台能够在所述旋转轴的带动下做自转运动。

4.根据权利要求3所述的一种倒角加工装置，其特征在于，还包括：

研磨液装置，采用所述磨轮研磨所述工件时，所述研磨液装置的喷嘴指向所述磨轮与所述工件的接触点。

5.根据权利要求3所述的一种倒角加工装置，其特征在于，所述工作台的台面与水平面呈0-90度夹角。

6.一种倒角加工方法，其特征在于，应用如权利要求3-5中任一项所述的倒角加工装置，所述方法包括：

在工作台上放置工件，控制所述工件做自转运动；

控制磨轮在自转的同时与所述工件的边缘进行接触，使所述磨轮与所述工件做相对旋转运动以对所述工件进行加工。

7.根据权利要求6所述的一种倒角加工方法，其特征在于，应用如权利要求2所述的研磨装置，所述控制磨轮在自转的同时与所述工件的边缘进行接触包括：

调节所述磨轮的位置，使得所述磨轮上的指定砂轮与所述工件的边缘进行接触。

8.根据权利要求6所述的一种倒角加工方法，其特征在于，所述磨轮的轴线在水平面上的投影直线与所述工件的圆面在水平面上的投影直线所成的夹角能够在0-90°范围内调节。

9.根据权利要求6所述的一种倒角加工方法，其特征在于，还包括：

控制所述磨轮与所述工件做相对旋转运动以对所述工件进行加工的过程中，控制研磨液装置向所述磨轮与所述工件的接触点喷射研磨液。

10.根据权利要求6所述的一种倒角加工方法，其特征在于，所述控制所述磨轮与所述工件做相对旋转运动以对所述工件进行加工包括：

确定磨轮的运动轨迹，其中，所述磨轮的运动轨迹包括多个，不同的运动轨迹对应工件的不同的边缘轮廓形状；

控制所述磨轮在自转的同时按照确定的运动轨迹进行运动。