CN113020676B - 一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法 - Google Patents

一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置包括CNC四轴加工中心与夹具工装；所述夹具工装安装在所述CNC四轴加工中心的加工位上；所述夹具工装包括夹持模块和夹持配件；所述夹持模块包括夹持头与夹持臂；所述夹持头的夹持端的横截面呈三角形，且在夹持端的端部设置有扇形凹槽；所述夹持配件安装于所述夹持头上；所述夹持臂上设置有螺孔；所述夹持模块的底部设置有贯通凹槽；所述夹持模块通过夹持头配合，使所述扇形凹槽形成圆形；所述加工装置通过CNC四轴加工中心与夹具工装的配合，代替分度头，从而精确控制角度，实现自动加工，降低摇错风险及降低劳动强度，具有良好的工业应用前景。

Description

一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法
技术领域
本发明属于半导体溅射用聚焦环件制备技术领域，具体涉及一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法。
背景技术
在半导体制造中常用到溅射沉积(Sputtering Deposition，SD)工艺，用于将金属溅射到衬底上以形成薄膜。这种工艺是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)中的一种，其原理是通过高能量粒子轰击溅射靶材，使被轰击的靶材原子或分子离开固体进入气体，并沉淀积累在待沉积的基底表面上形成薄膜，该工艺是通过专门的溅射设备来完成的。
在溅射过程中，溅射设备中通常会安置环件结构，以约束溅射粒子的运动轨迹，也就是说，环件结构在溅射过程中起到聚焦高能量粒子的作用。环件本体上焊接有若干凸起的连接部(knob)，并通过其与溅射设备相连接。环件本体为圆弧状，因此，连接部(knob)的底部需有一定的弧度，且与环件本体上的孔配合。目前，knob底部圆弧曲面通过CNC加工中心搭配分度头实现加工，但由于分度头是通过手动摇动控制角度，劳动强度大，生产效率低，且摇错角度风险较高。因此，提供一种可精准控制摇动角度，提高效率的knob底部圆弧曲面的加工方法具有重要的意义。
CN111575663A公开了一种磁控溅射环件及其配合孔的加工方法，所述的磁控溅射环件包括环件本体，所述环件本体的外侧环面上设置有至少一个配合孔，所述配合孔内固定有突出于环件本体外侧环面的连接部；其配合孔的加工方法包括：使用四轴加工中心对环件本体配合孔进行加工，替代传统的手动分度旋转；该方法提高了环件本体配合孔旋转角度的精确控制，但与其配合的连接部仍是通过人工手动摇动控制角度，有一定的摇错风险，从而影响环件整体的质量。
综上所述，如何通过借鉴环件本体配合孔的加工方式，提供一种精确控制连接部的曲面角度，提高环件整体质量，成为当前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置通过CNC四轴加工中心与夹具工装的配合，代替分度头，从而精确控制角度，实现自动加工，同时降低摇错风险及劳动强度，具有良好的工业应用前景。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种聚焦环件配件加工装置，所述加工装置包括CNC四轴加工中心与夹具工装；所述夹具工装安装在所述CNC四轴加工中心的加工位上；
所述夹具工装包括夹持模块和夹持配件；
所述夹持模块包括夹持头与夹持臂；所述夹持头的夹持端的横截面呈三角形，且在夹持端的端部设置有扇形凹槽；所述夹持配件安装于所述夹持头上；所述夹持臂上设置有螺孔；所述夹持模块的底部设置有贯通凹槽；
所述夹持模块通过夹持头配合，使所述扇形凹槽形成圆形。
本发明中，CNC四轴加工中心与夹具工装配合，代替了分度头的使用，避免了通过人工手动摇动控制角度，极大地降低了摇错风险，同时提升了曲面加工精度，进而提升了最终环件的合格率，降低后期晶圆溅射的不良率。
本发明中，夹具工装的使用可精准夹持聚焦环件配件，避免造成夹持偏差，影响后期曲面加工精度；夹持配件通过沉孔和螺栓对称安装于夹持头上，避免在加工时刀具切到夹具工装，损坏设备；所述夹具工装结构简单，提升效果明显，有利于工业化应用。
本发明中，CNC加工中心为三轴，可在X、Y、Z三个位移自由度上移动，而CNC四轴加工中心是指在三轴的基础上增加了A旋转轴，即在X、Y、Z、A四个位移自由度上，对物件进行加工。CNC四轴加工中心的加工位处设置有凸出的T形块，T形块的尺寸与贯通凹槽相适应；且T形块上设置有与夹具工装的夹持臂所对应的螺纹孔，夹具工装可通过螺栓与CNC四轴加工中心连接固定。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述夹持模块为3个。
本发明中，3个夹持模块有利于三爪夹聚焦环件配件的自定心精度，避免造成装夹偏差。
优选地，任意两个所述夹持头上设置有沉孔。
本发明中，夹持配件通过沉孔与螺栓的连接固定于夹持头上。
作为本发明优选的技术方案，所述夹持配件为2个。
优选地，所述夹持配件由第一支撑件和第二支撑件连接而成。
优选地，所述第一支撑件与所述第二支撑件呈V形。
作为本发明优选的技术方案，所述夹持臂的厚度小于所述夹持头的厚度。
作为本发明优选的技术方案，所述夹持头的外端呈圆弧形。
作为本发明优选的技术方案，所述夹持臂上的螺孔至少为2个，例如2个、3个、4个或5个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述贯通凹槽为方形凹槽。
优选地，所述贯通凹槽的顶部设置有齿纹。
本发明中，CNC四轴加工中心加工位上的T形块的顶面还设有与贯通凹槽顶部齿纹相适应的齿纹，两者配合，进一步保证了相对精度。
另一方面，本发明提供了上述聚焦环件配件加工装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
将夹具工装安装到CNC四轴加工中心的加工位上，在夹具工装中装入聚焦环件配件，启动程序对聚焦环件配件底部进行加工，形成一个圆弧曲面；然后将四轴旋转180°，再次加工，形成另一个圆弧曲面。
本发明中，所述使用方法通过加工装置与加工程序的配合使用，自动完成对聚焦环件配件底部圆弧曲面的加工，提升加工精度的同时提高了生产效率，有利于规模化生产，具有较好的工业应用前景。
本发明中，聚焦环件配件设置有螺孔的一面为顶部，其对面为底部，装配时，将聚焦环件配件的顶部朝下，装入所述夹具工装之中。
作为本发明优选的技术方案，所述CNC四轴加工中心通过刀具进行加工。
优选地，所述刀具包括钨钢铣刀。
优选地，所述刀具的进给速度为1800～2200mm/min，例如1800mm/min、1850mm/min、1900mm/min、1950mm/min、2000mm/min、2050mm/min、2100mm/min、2150mm/min或2200mm/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述CNC四轴加工中心的主轴转速为2800～3200r/min，例如2800r/min、2900r/min、3000r/min、3100r/min或3200r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述加工的加工总深度为9.5～10.5mm，例如9.5mm、9.7mm、9.9mm、10mm、10.2mm或10.5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，聚焦环件配件整体类似圆柱状，将其以侧面为底，水平放置，加工方向垂直向下，由此定义为“加工深度”。
本发明中，加工总深度需进行控制。若加工总深度过深，圆弧曲面的宽度变长，若加工总深度过浅，圆弧曲面的宽度变短，两种情况均会导致其余环件本体焊接时出现问题。
优选地，所述加工的单次加工深度为0.08～0.12mm，例如0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm或0.12mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，单次加工的深度需进行控制。若单次加工的深度过深，圆弧曲面的宽度变长，若单次加工的深度过浅，圆弧曲面的宽度变短，两种情况均会导致其余环件本体焊接时出现问题。
作为本发明优选的技术方案，所述圆弧曲面的最大厚度为1.22～1.32mm例如，1.22mm、1.23mm、1.24mm、1.25mm、1.26mm、1.27mm、1.28mm、1.29mm、1.3mm、1.31mm或1.32mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述圆弧曲面的最小厚度为0.85～0.9mm，0.85mm、0.86mm、0.87mm、0.88mm、0.89mm或0.9mm等，例如但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，圆弧曲面的最小厚度需进行控制。若圆弧曲面的最小厚度过薄，其与环件主体进行电子束焊接时，会导致电子束击穿主体环件，导致主体环节无法使用；由于主体环件为晶圆溅射过程中，起到控制磁场的作用，因此溅射时会通电，若圆弧曲面的最小厚度过厚，则会在晶圆溅射过程中，造成尖端放电，从而增加晶圆溅射的不良率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述加工装置通过CNC四轴加工中心与夹具工装配合，代替了分度头的使用，避免了通过人工手动摇动控制角度，极大地降低了摇错风险，同时提升了曲面加工精度，进而提升了最终环件的合格率，降低后期晶圆溅射的不良率；
(2)本发明所述加工装置的使用方法简单便捷，可自动完成对聚焦环件配件底部圆弧曲面的加工，极大地提高了生产效率，有利于规模化生产，具有较好的工业应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的聚焦环件配件的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的聚焦环件配件沿A-A面的剖面图；
图3是本发明实施例1提供的聚焦环件配件加工装置的夹具工装俯视结构示意图；
图4是本发明实施例1提供的聚焦环件配件加工装置的夹持模块的俯视结构示意图；
图5是本发明实施例1提供的聚焦环件配件加工装置的夹持模块的侧视结构示意图；
图6是本发明实施例1提供的夹持配件的立体结构示意图；
其中，1-圆弧曲面，2-夹持头，3-夹持臂，4-扇形凹槽，5-夹持配件，6-螺孔，7-贯通凹槽，8-第一支撑件，9-第二支撑件。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置包括CNC四轴加工中心与夹具工装；所述夹具工装安装在所述CNC四轴加工中心的加工位上；
所述夹具工装包括夹持模块和夹持配件5；
所述夹持模块包括夹持头2与夹持臂3；所述夹持头2的夹持端的横截面呈三角形，且在夹持端的端部设置有扇形凹槽4；所述夹持配件5安装于所述夹持头2上；所述夹持臂3上设置有螺孔6；所述夹持模块的底部设置有贯通凹槽7；
所述夹持模块通过夹持头2配合，使所述扇形凹槽4形成圆形。
上述加工装置的使用方法包括以下步骤：
将夹具工装安装到CNC四轴加工中心的加工位上，在夹具工装中装入聚焦环件配件，启动程序对聚焦环件配件底部进行加工，形成一个圆弧曲面1；然后将四轴旋转180°，再次加工，形成另一个圆弧曲面1。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
下列实施例和对比例中所加工的聚焦环件配件的尺寸相同。
实施例1：
本实施例提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，使用的聚焦环件配件的俯视结构示意图1所示，所述聚焦环件配件沿A-A面的剖面图如图2所示。
所述加工装置包括CNC四轴加工中心与夹具工装；所述夹具工装安装在所述CNC四轴加工中心的加工位上；所述夹具工装俯视结构示意图如图3所示。
所述夹具工装包括3个夹持模块和2个夹持配件5；所述夹持模块的俯视结构示意图如图4所示，其侧视结构示意图如图5所示
所述夹持模块包括夹持头2与夹持臂3；所述夹持头2的夹持端的横截面呈三角形，且在夹持端的端部设置有扇形凹槽4，所述夹持头2的外端呈圆弧形；所述夹持配件5安装于所述夹持头2上；所述夹持臂3上设置有2个螺孔6；所述夹持模块的底部设置有贯通凹槽7，所述贯通凹槽7为方形凹槽，所述贯通凹槽7的顶部设置有齿纹。
所述夹持模块通过夹持头2配合，使所述扇形凹槽4形成圆形。
任意两个所述夹持头2上设置有沉孔。
所述夹持配件5由第一支撑件8和第二支撑件9连接而成，所述第一支撑件8与所述第二支撑件9呈V形，所述夹持配件5的立体结构示意图如图6所示。
所述夹持臂3的厚度小于所述夹持头2的厚度。
上述加工装置的使用方法包括以下步骤：
将夹具工装安装到CNC四轴加工中心的加工位上，在夹具工装中装入聚焦环件配件，启动程序，采用钨钢铣刀对聚焦环件配件底部进行加工，钨钢铣刀的进给速度为2000mm/min，CNC四轴加工中心的主轴转速为3000r/min，加工的单次加工深度为0.1mm，加工完成后形成一个圆弧曲面1，所述圆弧曲面1的加工总深度为10mm，最大厚度为1.27mm，最小厚度为0.85mm；然后将四轴旋转180°，依照上述程序再次加工，形成另一个圆弧曲面1。
实施例2：
本实施例提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置参照实施例1中的加工装置，区别仅在于：所述夹持臂3上设置有3个螺孔6。
上述加工装置的使用方法包括以下步骤：
将夹具工装安装到CNC四轴加工中心的加工位上，在夹具工装中装入聚焦环件配件，启动程序，采用钨钢铣刀对聚焦环件配件底部进行加工，钨钢铣刀的进给速度为1800mm/min，CNC四轴加工中心的主轴转速为2800r/min，加工的单次加工深度为0.08mm，加工完成后形成一个圆弧曲面1，所述圆弧曲面1的加工总深度为9.5mm，最大厚度为1.22mm，最小厚度为0.87mm；然后将四轴旋转180°，依照上述程序再次加工，形成另一个圆弧曲面1。
实施例3：
本实施例提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置与实施例1中的加工装置相同。
上述加工装置的使用方法包括以下步骤：
将夹具工装安装到CNC四轴加工中心的加工位上，在夹具工装中装入聚焦环件配件，启动程序，采用钨钢铣刀对聚焦环件配件底部进行加工，钨钢铣刀的进给速度为2200mm/min，CNC四轴加工中心的主轴转速为3200r/min，加工的单次加工深度为0.1mm，加工完成后形成一个圆弧曲面1，所述圆弧曲面1的加工总深度为10.5mm，最大厚度为1.32mm，最小厚度为0.9mm；然后将四轴旋转180°，依照上述程序再次加工，形成另一个圆弧曲面1。
实施例4：
本实施例提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置与实施例2中的加工装置相同。
上述加工装置的使用方法参照实施例2中的使用方法，区别仅在于：所述圆弧曲面1的加工总深度为8mm。
实施例5：
本实施例提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置与实施例3中的加工装置相同。
上述加工装置的使用方法参照实施例3中的使用方法，区别仅在于：所述圆弧曲面1的加工总深度为12mm。
实施例6：
本实施例提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置与实施例1中的加工装置相同。
上述加工装置的使用方法参照实施例1中的使用方法，区别仅在于：所述圆弧曲面1的最小厚度为0.7mm。
实施例7：
本实施例提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置与实施例3中的加工装置相同。
上述加工装置的使用方法参照实施例3中的使用方法，区别仅在于：所述圆弧曲面1的最小厚度为1.1mm。
对比例1：
本对比例提供了一种聚焦环件配件加工装置及其使用方法，所述加工装置包括CNC加工中心和分度头，所述分度头为三轴分度头。
上述加工装置的使用方法包括以下步骤：
将聚焦环件配件装入分度头，测量出待加工部位最高点距底部的厚度，输入到CNC加工中心，启动程序，采用钨钢铣刀对聚焦环件配件底部进行加工，钨钢铣刀的进给速度为2000mm/min，CNC加工中心的主轴转速为3000r/min，加工的单次加工深度为0.1mm，加工后形成第一个圆弧曲面1，所述圆弧曲面1的加工总深度为10mm，最大厚度为1.27mm，最小厚度为0.85mm；人工手动旋转分度头，与第一个加工的圆弧曲面呈180°，依照上述程序再次加工，形成另一个圆弧曲面1。
通过电子束焊接将实施例1-7和对比例1中加工后的聚焦环件配件焊接到环件本体上，实施例1-3中的聚焦环件配件可顺利地焊接到环件本体上，实施例4-5中得到的聚焦环件配件由于其加工总深度过浅或过厚，导致在焊接过程中，出现问题，影响环件品质；实施例6中得到的聚焦环件配件由于其圆弧曲面的最小厚度过薄，导致在焊接过程中，电子束击穿了主体环件；实施例7中得到的聚焦环件配件由于其圆弧曲面的最小厚度过后，得到的环件整体在后期的晶圆溅射过程中造成尖端放电，导致得到的产品不合格。
对比例1中为人工手动旋转分度头，最终目标虽为旋转180°，但在操作工程中由于人为误差，导致其旋转角度产生一定的偏差，将其焊接到环件本体上时，导致电子束击穿换件主体，造成损坏。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述加工装置通过CNC四轴加工中心与夹具工装配合，代替了分度头的使用，避免了通过人工手动摇动控制角度，极大地降低了摇错风险，同时提升了曲面加工精度，进而提升了最终环件的合格率，降低后期晶圆溅射的不良率；所述加工装置的使用方法简单便捷，可自动完成对聚焦环件配件底部圆弧曲面的加工，极大地提高了生产效率，有利于规模化生产，具有较好的工业应用前景。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的产品和详细方法，但本发明并不局限于上述产品和详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述产品和详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (14)

1.一种聚焦环件配件加工装置，其特征在于，所述加工装置包括CNC四轴加工中心与夹具工装；所述夹具工装安装在所述CNC四轴加工中心的加工位上；所述夹具工装包括夹持模块和夹持配件；
所述夹持模块包括夹持头与夹持臂；任意两个所述夹持头上设置有沉孔；所述夹持头的夹持端的横截面呈三角形，且在夹持端的端部设置有扇形凹槽；所述夹持配件安装于所述夹持头上；所述夹持臂上设置有螺孔；所述夹持臂的厚度小于所述夹持头的厚度；
所述夹持模块的底部设置有贯通凹槽；所述贯通凹槽的顶部设置有齿纹；
所述CNC四轴加工中心的加工位处设置有凸出的T形块；所述T形块的尺寸与贯通凹槽相适应，且所述T形块上设置有与所述夹具工装的夹持臂所对应的螺纹孔；
所述夹持模块通过夹持头配合，使所述扇形凹槽形成圆形；
所述夹持配件为2个；
所述夹持配件由第一支撑件和第二支撑件连接而成；
所述第一支撑件与所述第二支撑件呈V形。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述夹持模块为3个。
3.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述夹持头的外端呈圆弧形。
4.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述夹持臂上的螺孔至少为2个。
5.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述贯通凹槽为方形凹槽。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的加工装置的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：
将夹具工装安装到CNC四轴加工中心的加工位上，在夹具工装中装入聚焦环件配件，启动程序对聚焦环件配件底部进行加工，形成一个圆弧曲面；然后将四轴旋转180°，再次加工，形成另一个圆弧曲面。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述CNC四轴加工中心通过刀具进行加工。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述刀具包括钨钢铣刀。
9.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述刀具的进给速度为1800～2200mm/min。
10.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述CNC四轴加工中心的主轴转速为2800～3200r/min。
11.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述加工的加工总深度为9.5～10.5mm。
12.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述加工的单次加工深度为0.08～0.12mm。
13.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述圆弧曲面的最大厚度为1.22～1.32mm。
14.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述圆弧曲面的最小厚度为0.85～0.9mm。
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