CN111360608B - 双面减薄研削水流量的控制方法 - Google Patents

双面减薄研削水流量的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双面减薄研削水流量的控制方法，采用的双面减薄装置包括砂轮、进击轴和供水机台，所述进击轴上设置进水口，所述控制方法包括：S001：按照所述双面减薄装置的操作规程，做好研磨前的准备工作，加工工件安装调试完毕；S002：在双面减薄过程中，设定所述进水口的流量随着所述砂轮上砂轮齿长度的减小而减小，并且所述进水口的流量与所述砂轮齿长度呈线性关系。该方法设定进击轴上进水口的流量随着砂轮上砂轮齿长度的减小而减小，并且进水口的流量与砂轮齿长度呈线性关系，不仅能及时排出工件与砂轮之间研削屑，避免因研削屑的堆积造成工件的偏摆，提高工件质量，而且降低砂轮齿与工件之间的研磨阻力，提高砂轮使用寿命。

Description

双面减薄研削水流量的控制方法
技术领域
本发明属于双面减薄领域，具体涉及一种双面减薄研削水流量的控制方法。
背景技术
双面减薄的原理是加工工件在竖直方向沿着轴向旋转，其两侧对称设置的砂轮通过其上砂轮齿来研削工件的损伤层，以达到双面减薄的目的。加工工件采用多线切割后，通过双面减薄来均匀移除工件两面在切割时造成的损伤层。
目前，在双面减薄的研磨期间，研削水施加到具有砂轮齿的砂轮上，并冲刷掉在研削期间形成的屑。在实际生产的研削过程中，研磨水流量一直都是保持不变的。但是在研削过程中，砂轮上砂轮齿长度却是变化的。相对于砂轮齿的长度，实际研削水流量过小会造成无法及时排除削屑，造成砂轮的磨耗较严重；反之研削水流量过大会造成来不及排出水而堆积在砂轮与工件之间，造成工件的偏摆，不仅严重影响工件的表面质量，还浪费水资源，造成成本升高。
因此，现有的双面减薄过程中研削水量的控制技术有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种双面减薄研削水流量的控制方法，该方法设定进击轴上进水口的流量随着砂轮上砂轮齿长度的减小而减小，并且进水口的流量与砂轮齿长度呈线性关系，不仅能及时排出工件与砂轮之间研削屑，避免因研削屑的堆积造成工件的偏摆，提高工件质量，而且降低砂轮齿与工件之间的研磨阻力，提高砂轮使用寿命。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种双面减薄研削水流量的控制方法。根据本发明的实施例，双面减薄装置包括砂轮、进击轴和供水机台，所述进击轴上设置进水口，所述控制方法包括：
S001：按照所述双面减薄装置的操作规程，做好研磨前的准备工作，加工工件安装调试完毕；
S002：在双面减薄过程中，设定所述进水口的流量随着所述砂轮上砂轮齿长度的减小而减小，并且所述进水口的流量与所述砂轮齿长度呈线性关系。
在采用双面减薄装置对工件进行双面减薄过程中，研削水施加到具有砂轮齿的砂轮上，用于冲刷掉在工件减薄期间形成的削屑。然而，研削水的流量过低，会造成工件研磨阻力过大，相对地降低砂轮的使用寿命，而研削水流量过大，会造成无法及时排除工件研磨位置的削屑反而会堆积在砂轮与工件之间，造成工件的偏摆。但在实际研磨过程中，砂轮上砂轮齿长度逐渐变小，而现有采用研削水流量始终保持不变，因砂轮齿之间空隙较小，会导致排水不易。在生产中，特别是当砂轮齿长度小于1.5mm时，砂轮齿之间的空隙比较小，水流量过大导致排水不容易，直接影响到排屑效果，并且研磨位置处水流量过大也会造成额外的外力施加在工件上，容易引起工件偏摆造成研磨不均匀。
而本申请的发明人正是认识到上述问题，通过大量实践发现，在双面减薄过程中，设定进击轴上进水口的流量随着砂轮上砂轮齿长度的减小而减小，且进水口的流量与砂轮齿长度呈线性关系，即基于研削水流量与砂轮齿长度的线性关系，实时调节研削水的流量，不仅能及时排出工件与砂轮之间研削屑，避免因研削屑堆积造成研削能力的变化，提高工件质量，而且降低砂轮齿与工件之间的研磨阻力，提高砂轮使用寿命。
另外，根据本发明上述实施例的双面减薄研削水流量的控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述砂轮齿长度与所述进水口的流量的函数关系为：
Figure BDA0002402981920000021
其中，Q为单侧进水口水流量，单位为L/min，K为砂轮齿长度最长时的最低设定水量，单位为L/min，P为砂轮齿长度最短时的最低设定水量，单位为L/min，Xm为砂轮齿最大长度数值，单位为mm，X为砂轮齿长度数值，单位为mm。
在本发明的一些实施例中，所述砂轮齿长度与所述进水口的流量的函数关系为：
Figure BDA0002402981920000022
K数值与D、Xm、C相关，P数值与D、Xn、C相关，其中，D为砂轮齿间距，单位为mm，Xn为砂轮齿最小长度数值，单位为mm，C为砂轮齿的本身材料及结构来决定的常数。
在本发明的一些实施例中，所述砂轮齿长度与所述进水口的流量的函数关系为：
Figure BDA0002402981920000023
其中K数值正比于D*Xm*C，P数值正比于D*Xn*C。
在本发明的一些实施例中，所述砂轮齿长度X为0.1-6mm。
在本发明的一些实施例中，所述砂轮齿间隔分布，并且相邻两个所述砂轮齿间距D为0.5-2mm。
在本发明的一些实施例中，所述水流量的控制方法，还包括：S003：加工工件在研磨过程中，长度测量机构实时地监测所述砂轮齿的长度，并将所述砂轮齿长度X传输到控制器上。
在本发明的一些实施例中，所述水流量的控制方法，还包括：S004：水量控制机构接收到所述控制器反馈，实时地调整水流量Q。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的双面减薄研削水流量的控制方法中采用的减薄装置的纵截面结构图；
图2是根据本发明一个实施例的双面减薄研削水流量的控制方法中采用的减薄装置上右侧砂轮的左视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在实际生产中，双面减薄过程采用研削水流量一直保持不变，但是在研磨过程中，砂轮齿长度却在逐渐变小，相对于砂轮齿长度而言，研削水的流量过低的话，会造成工件研磨阻力过大，相对地降低砂轮的使用寿命；研削水的流量过高的话，会造成水来不及排出而堆积在砂轮与工件之间，造成工件的偏摆。特别是当砂轮齿长度小于1.5mm时，砂轮齿之间空隙比较小，水流量过大导致排水不容易，直接影响到排屑效果，并且在研磨位置处水流量过大会造成额外的外力施加在工件上，容易引起工件偏摆造成研磨不均匀。
为解决上述问题，需研磨位置处保持稳定的水流量，只有该研磨处水流量稳定，进水口处的水才易到达研磨位置处，同时研磨位置处的水也易排出，这样一方面达到稳定的研磨阻力，相对地提高研磨质量的稳定性，另一方面及时地排出削屑。
本发明为实现研磨位置处保持稳定水流量，通过大量的研究发现，针对砂轮齿不同齿型及齿间距，探索了双面减薄研削水流量的控制方法，该方法包括：
S001：按照双面减薄装置的操作规程，做好研磨前的准备工作，加工工件安装调试完毕
该控制方法中涉及到双面减薄装置可以为市场上DXSG3200型号双面减薄装置或类似结构的双面减薄装置(具体参见图1)，双面减薄装置通过加工工件在竖直方向沿着轴向旋转，其两侧对称设置的砂轮通过其上砂轮齿来研削工件的损伤层，达到双面减薄的目的。
具体参考图1，双面减薄装置包括环状保持器100、第一静压垫200、第二静压垫300、设有砂轮41的进击轴400。其中，环状保持器100包括静压环11和承载环12，承载环12沿径向支撑加工工件13的外周侧，通过承载环12带动加工工件13在竖直方向上沿轴向转动，静压环11沿着径向固定设置在承载环12的外周侧；第一静压垫200和第二静压垫300对称地设置在环状保持器100的两侧；在第一静压垫200和第二静压垫300下部开孔处(未示出)进击轴400沿着轴向方向移动，进击轴400上的砂轮41通过开孔直接研磨加工工件13。同时参考图2，砂轮41的进击轴400上设有贯通的进水口42，通过该进水口42可以将研削水供给砂轮41表面，并且砂轮41的研磨面设有砂轮齿411，并且该双面减薄装置还包括提供水量的供水机台(未示出)，该供水机台与进水口42相连接。需要说明的是，本发明中承载环12的驱动方式不受限制，只要能实现承载环12在竖直方向上转动即可。
进一步的，砂轮41的研磨面相邻砂轮齿411间距为0.5～2mm，并且研磨前的准备工作包括安装加工工件13、调节第一静压垫100和第二静压垫200的距离、设定加工工件13的转速、调节砂轮41的位置和转速、连通供水机台等操作。
S002：在双面减薄过程中，设定进水口的流量随着砂轮上砂轮齿长度的减小而减小，并且进水口的流量与砂轮齿长度呈线性关系。
采用本发明的水流量控制方法，不仅能及时排出工件与砂轮之间研削屑，避免因研削屑的堆积造成工件的偏摆，提高工件质量，而且降低砂轮齿与工件之间的研磨阻力，提高砂轮使用寿命。
为进一步的确认砂轮单侧研削水流量Q与砂轮齿长度X之间的函数关系，再次经过大量的实验研究发现，砂轮单侧进水口流量Q与砂轮齿长度X之间的函数关系为
Figure BDA0002402981920000041
其中，Q为单侧进水口水流量，单位为L/min，K为砂轮齿长度最长时的最低设定水量，单位为L/min，P为砂轮齿长度最短时的最低设定水量，单位为L/min，Xm为砂轮齿最大长度数值，单位为mm，X为砂轮齿长度数值，单位为mm。
优选的，K数值与D、Xm、C相关，P数值与D、Xn、C相关，其中，D为砂轮齿间距，单位为mm，Xn为砂轮齿最小长度数值，单位为mm，C为砂轮齿的本身材料及结构来决定的常数。对某一砂轮而言，C的数值是确定不变的。
更优选的，K数值正比于D*Xm*C，P数值正比于D*Xn*C。
并且，在对加工工件进行双面减薄过程中，供水机台与水量控制机构相连，即根据砂轮上砂轮齿的长度X与进水口的流量Q的函数关系，水量控制机构实时调节进水口的水流量来实现及时排出工件与砂轮之间研削屑。
进一步的，砂轮齿长度X是由长度测量机构实时监测的，并将砂轮齿长度X传输到控制器上。具体的，长度测量机构监测砂轮齿长度通过监测砂轮进击轴的位置变化以及工件的减薄厚度来实现，砂轮进击机构会实时记录进击轴的位置，由于砂轮安装在进击轴上，相对的即可得到砂轮的位置，故每次更换砂轮时候需重新定位砂轮初始位置及长度，同时采用厚度规记录工件的减薄厚度△D，然后基于进击轴位置变化即砂轮位置变化△S和工件减薄厚度△D，即可得到砂轮齿长度变化值△X＝△S-△D/2，然后根据砂轮齿初始长度即Xm即可得到研磨过程砂轮齿长度X＝Xm-(△S-△D/2)其中，Xm、△S、△D单位均为mm。
同时控制器接收到长度测量机构反馈的砂轮齿长度X信息，控制器中根据设定的砂轮齿长度与砂轮单侧进水口水流量的函数关系计算得到砂轮单侧水流量Q，并将该水流量Q信息反馈到水量控制机构，水量控制机构接收到控制器反馈，水量控制机构控制供水机台，从而根据砂轮齿长度实时地调整砂轮单侧水流量Q，来实现及时排出工件与砂轮之间研削屑。
需要说明的是，本申请中“控制器”、“长度测量机构”以及“水量控制机构”均为现有部件或软件，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能实现上述功能即可，此处不再赘述。
由此，本申请的双面减薄研削水流量的控制方法设定进击轴上单侧进水口的流量Q与砂轮上砂轮齿长度X按照
Figure BDA0002402981920000051
进行调节，不仅能及时排出工件与砂轮之间研削屑，避免因研削屑的堆积造成工件的偏摆，提高工件质量，而且降低砂轮齿与工件之间的研磨阻力，提高砂轮使用寿命。
下面参考具体实施例以硅片为例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
在硅片双面减薄过程中，采用研磨齿间距为0.5mm的砂轮，
首先研磨前先预设K、P值，即Xm＝6mm时，K＝1.3L/min、Xn＝0.1mm，P＝0.8L/min，则砂轮单侧进水口流量Q与砂轮齿长度X函数关系为：
Figure BDA0002402981920000052
依照此函数关系，控制器根据实时测量到砂轮齿的长度，得出砂轮单侧进水口流量Q，水流量控制机构接收到控制器反馈Q数值后，控制供水机台实时地调整水流量。
当长度测量机构测量到砂轮齿的长度为0.1mm时，控制器接收到该信息，停止工作，期间共计处理4500片硅片。
对比例1
在硅片双面减薄过程中，采用实施例1同样的砂轮，砂轮单侧进水口流量Q恒定为0.8L/min，在Xn＝0.1mm时更换砂轮，期间共计处理2100片硅片。
实施例2
在硅片双面减薄过程中，采用研磨齿间距为1mm的砂轮，
首先研磨前先预设K、P值，即Xm＝6mm时，K＝2.8L/min、Xn＝0.1mm，P＝1.0L/min，则砂轮单侧进水口流量Q与砂轮齿长度X函数关系为：
Figure BDA0002402981920000061
依照此函数关系，控制器根据实时测量到砂轮齿的长度，得出砂轮单侧进水口流量Q，水流量控制机构接收到控制器反馈Q数值后，控制供水机台实时地调整水流量。
当长度测量机构测量到砂轮齿的长度为0.1mm时，控制器接受到该信息，停止工作，期间共计处理4600片硅片。
对比例2
在硅片双面减薄过程中，采用实施例2同样的砂轮，砂轮单侧进水口流量Q恒定为1.0L/min，在Xn＝0.1mm时更换砂轮，期间共计处理2200片硅片。
实施例3
在硅片双面减薄过程中，采用研磨齿间距为1.5mm的砂轮，
首先研磨前先预设K、P值，即Xm＝5mm时，K＝3L/min、Xn＝0.1mm，P＝1.5L/min，则砂轮单侧进水口流量Q与砂轮齿长度X函数关系为：
Figure BDA0002402981920000062
依照此函数关系，控制器根据实时测量到砂轮齿的长度，得出砂轮单侧进水口流量Q，水流量控制机构接收到控制器反馈Q数值后，控制供水机台实时地调整水流量。
当长度测量机构测量到砂轮齿的长度为0.1mm时，控制器接受到该信息，停止工作，期间共计处理4700片硅片。
对比例3
在硅片双面减薄过程中，采用实施例3同样的砂轮，砂轮单侧进水口流量Q恒定为1.5L/min，在Xn＝0.1mm时更换砂轮，期间共计处理2300片硅片。
实施例4
在硅片双面减薄过程中，采用研磨齿间距为2mm的砂轮，
首先研磨前先预设K、P值，即Xm＝5mm时，K＝4L/min、Xn＝0.1mm，P＝1.8L/min，则砂轮单侧进水口流量Q与砂轮齿长度X函数关系为：
Figure BDA0002402981920000071
依照此函数关系，控制器根据实时测量到砂轮齿的长度，得出砂轮单侧进水口流量Q，水流量控制机构接收到控制器反馈Q数值后，控制供水机台实时地调整水流量。
当长度测量机构测量到砂轮齿的长度为0.1mm时，控制器接受到该信息，停止工作，期间共计处理4800片硅片。
对比例4
在硅片双面减薄过程中，采用实施例4同样的砂轮，单侧砂轮研削水流量Q恒定为1.8L/min，在Xn＝0.1mm时更换砂轮，期间共计处理2400片硅片。
综上所述，对比实施例1-4及对比例1-4发现，采用本发明的水流量控制方法，相同的砂轮能处理更多数量的硅片，显然采用本申请的方法延长了砂轮的使用寿命，减低了生产成本。
实施例1-4和对比例1-4减薄后硅片所对应的磨痕废品率(grinding mark rejectratio)数据如表1所示。其中，磨痕废品率是在研磨过程形成表面损伤层过大，造成后段工艺无法移除，导致良率损失的比例。从表1中数据可看出，在其他方面相同的情况下(如砂轮、研磨速率等)，采用本发明的水流量控制方法生产出硅片的磨痕废品率比较低，提高了产品的质量及良率。
表1
Figure BDA0002402981920000072
对实施例1-4和对比例1-4生产出的硅片总厚度偏差(TTV)值见表1中所示，发现其总厚度偏差(TTV)值相差很小。在实际生产中，为使得TTV符合要求，需要对机台进行调试。采用本发明的水流量控制方法，延长了砂轮的使用寿命，则砂轮的磨损量变小，砂轮齿的长度变化小，使得调整砂轮的频率低；而采用恒定水流量的方法，砂轮磨损量比较大，砂轮齿的长度变化大，使得调整砂轮的频率比较高。调整砂轮频率高的结果，会造成磨痕废品率(grinding mark reject ratio)比较高，其在表1中的数据已显示。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种双面减薄研削水流量的控制方法，其特征在于，采用双面减薄装置包括砂轮、进击轴和供水机台，所述进击轴上设置进水口，所述控制方法包括：
S001：按照所述双面减薄装置的操作规程，做好研磨前的准备工作，加工工件安装调试完毕；
S002：在双面减薄过程中，设定所述进水口的流量随着所述砂轮上砂轮齿长度的减小而减小，并且所述进水口的流量与所述砂轮齿长度呈线性关系；
其中，所述砂轮齿长度与所述进水口的流量的函数关系为：
Figure FDA0003103539900000011
其中，
Q为单侧进水口水流量，单位为L/min，
K为砂轮齿长度最长时的最低设定水量，单位为L/min，
P为砂轮齿长度最短时的最低设定水量，单位为L/min，
Xm为砂轮齿最大长度数值，单位为mm，
X为砂轮齿长度数值，单位为mm。
2.根据权利要求1所述的研削水流量的控制方法，其特征在于，所述砂轮齿长度与所述进水口的流量的函数关系为：
Figure FDA0003103539900000012
K数值与D、Xm、C相关，P数值与D、Xn、C相关，
其中，D为砂轮齿间距，单位为mm，
Xn为砂轮齿最小长度数值，单位为mm，
C为砂轮齿的本身材料及结构来决定的常数。
3.根据权利要求2所述的研削水流量的控制方法，其特征在于，
所述砂轮齿长度与所述进水口的流量的函数关系为：
Figure FDA0003103539900000013
其中K数值正比于D*Xm*C，P数值正比于D*Xn*C。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的研削水流量的控制方法，其特征在于，所述砂轮齿长度X为0.1-6mm。
5.根据权利要求2所述的研削水流量的控制方法，其特征在于，所述砂轮齿间隔分布，并且相邻两个所述砂轮齿间距D为0.5-2mm。
6.根据权利要求1所述的研削水流量的控制方法，其特征在于，所述水流量的控制方法，还包括：
S003：加工工件在研磨过程中，长度测量机构实时地监测所述砂轮齿长度，并将所述砂轮齿长度X传输到控制器上。
7.根据权利要求6所述的研削水流量的控制方法，其特征在于，所述水流量的控制方法，还包括：
S004：水量控制机构接收到所述控制器反馈，实时地调整水流量Q。
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