RU2478463C1 - Device for one-sided thinning of plates - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to abrasive processing and may be used in making micro- and optoelectronics for one-sided processing, mainly, be grinding of glass, ceramic, quartz etc plates. Proposed device comprises abrasive table with drive and self-adjusting spindle with drive articulated therewith. Said spindle is composed of face-plate with working plate fixation zones. Abrasive table is composed of face-plate with annular zone of diamond-abrasive tools secured thereon. Plate fixation zone is made of material with micro holes or pores for vacuum feed via spindle drive. Said holes are provided with vacuum-tight sleeves on one side and, on the other side, with vacuum-tight collet holder with vacuum hose.

EFFECT: higher efficiency and quality.

2 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для односторонней обработки, преимущественно шлифованием и полированием, пластин стекла, керамики, сапфира, кварца, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и других материалов и может быть использовано в производстве изделий микро - и оптоэлектроники.The invention relates to devices for one-sided processing, mainly grinding and polishing, of glass plates, ceramics, sapphire, quartz, silicon, gallium arsenide, silicon carbide and other materials and can be used in the manufacture of micro and optoelectronic products.

Известен широкий класс оборудования для одностороннего утонения пластин, в котором используется так называемый метод жестких осей [1]. Устройство включает вращающийся вакуумный столик, на котором фиксируется обрабатываемая пластина, шлифовально-полировальный инструмент, в виде независимых кольцевых двух шлифовальных и одной полировальной вращающихся головок, жестко установленных на верхнем шпинделе. Недостатком такого типа оборудования является его высокая стоимость, низкая производительность, связанная с поштучной обработкой пластин, сложность в эксплуатации, а также высокие динамические нагрузки в зоне резания.A wide class of equipment is known for one-sided thinning of plates, in which the so-called hard axis method is used [1]. The device includes a rotating vacuum table on which the workpiece is fixed, a grinding and polishing tool, in the form of independent annular two grinding and one polishing rotating heads, rigidly mounted on the upper spindle. The disadvantage of this type of equipment is its high cost, low productivity associated with piecewise processing of plates, difficulty in operation, as well as high dynamic loads in the cutting zone.

Известно также устройство для одностороннего утонения пластин, включающее шлифовально-полировальный инструмент в виде стола с приводом вращения, самоустанавливающийся шпиндель с шарнирно закрепленным устройством перемещения шпинделя, сепараторы с гнездами, в которых размещены сателлиты с приклеенными пластинами [2 - прототип].A device for one-sided thinning of plates is also known, including a grinding and polishing tool in the form of a table with a rotation drive, a self-aligning spindle with a pivotally mounted spindle moving device, separators with sockets in which satellites with glued plates are placed [2 - prototype].

Известное устройство имеет следующие недостатки.The known device has the following disadvantages.

Из-за трения сателлитов с приклеенными пластинами в гнездах сепараторов пластины обычно располагаются под некоторым углом к поверхности шлифовально-полировального инструмента, и происходит точечное касание пластины и инструмента, что может привести к разрушению пластины и, соответственно, к снижению выхода годных изделий. Кроме того, операция приклеивания пластин к сателлитам является очень трудоемкой и ухудшает геометрические параметры пластины за счет неравномерности приклеечного слоя и деформаций пластины во время приклеивания и расклеивания. При этом при нагревании сателлитов с приклеенными пластинами во время расклеивания существует высокая вероятность разрушения пластины из-за градиентов температур.Due to the friction of the satellites with glued plates in the separator seats, the plates are usually located at some angle to the surface of the grinding and polishing tool, and the plate and the tool touch pointly, which can lead to destruction of the plate and, accordingly, to a decrease in the yield of suitable products. In addition, the operation of gluing the plates to the satellites is very time-consuming and worsens the geometric parameters of the plate due to the unevenness of the adhesive layer and deformation of the plate during gluing and gluing. In this case, when heating satellites with glued plates during gluing, there is a high probability of plate destruction due to temperature gradients.

Еще одним недостатком описанного устройства является то, что шлифование или полирование пластин осуществляется с помощью абразивных суспензий, подаваемых на поверхность шлифовально-полировального стола в зону контакта с пластинами. При этом часть абразивной суспензии попадает в зазор между стенками гнезд сепараторов и сателлитами, что приводит к дополнительному трению и препятствует свободному вращению сателлитов с приклеенными пластинами и, соответственно, к ухудшению геометрических параметров пластины.Another disadvantage of the described device is that the grinding or polishing of the plates is carried out using abrasive suspensions supplied to the surface of the grinding and polishing table in the contact zone with the plates. At the same time, part of the abrasive suspension falls into the gap between the walls of the separator nests and satellites, which leads to additional friction and prevents the free rotation of the satellites with glued plates and, accordingly, to a deterioration of the geometric parameters of the plate.

Техническая задача данного изобретения заключается в увеличении производительности процесса утонения пластин при одновременном увеличении выхода годных изделий и улучшении геометрических параметров пластин за счет обеспечения равномерного распределения нагрузки по поверхности пластин и исключения деформации пластин при их вакуумной фиксации путем исключения операции приклеивания пластин, а также за счет уменьшения динамических нагрузок на пластины с использованием связанного пористого алмазно-абразивного инструмента.The technical task of this invention is to increase the productivity of the process of thinning the plates while increasing the yield of products and improving the geometric parameters of the plates by ensuring a uniform load distribution on the surface of the plates and eliminating the deformation of the plates during their vacuum fixation by eliminating the operation of gluing the plates, as well as by reducing dynamic plate loads using a bonded porous diamond abrasive tool.

Указанный результат достигается за счет того, что устройство для одностороннего утонения пластин путем шлифования и/или полирования пластин, включающее стол с приводом вращения, самоустанавливающийся шпиндель с шарнирно закрепленным устройством перемещения шпинделя, в котором шпиндель выполнен в виде планшайбы с зонами фиксации пластин рабочей стороной к поверхности планшайбы через упруго-эластичную прокладку, а шлифовально-полировальный стол, выполнен в виде планшайбы с кольцевой зоной алмазно-абразивных элементов, закрепленных на ее поверхности.This result is achieved due to the fact that the device for one-sided thinning of the plates by grinding and / or polishing the plates, including a table with a rotation drive, a self-aligning spindle with a pivotally mounted spindle moving device, in which the spindle is made in the form of a face plate with zones for fixing the plates with the working side to the surface of the faceplate through an elastic-elastic gasket, and the grinding and polishing table is made in the form of a faceplate with an annular zone of diamond-abrasive elements fixed to its surface.

Указанный результат достигается также за счет того, что зоны фиксации пластин выполнены из материала с микроотверстиями или порами для подачи вакуума через устройство перемещения шпинделя, устройство перемещения шпинделя снабжено с одного конца вакуумно-плотными втулками, а с другого конца вращающимся вакуумно-плотным цанговым соединителем с вакуумным шлангом.The indicated result is also achieved due to the fact that the fixation zones of the plates are made of material with micro holes or pores for supplying vacuum through the spindle moving device, the spindle moving device is equipped with vacuum-tight bushings at one end and a rotating vacuum-tight collet connector at the other end with vacuum hose.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство для одностороннего утонения пластин с одной зоной фиксации пластины, на фиг.2 - схема того же устройства в формате 3D, на фиг.3 - чертеж нижней поверхности планшайбы с тремя зонами фиксации пластин для их одновременного утонения.Figure 1 presents the proposed device for one-sided thinning of the plates with one zone of fixation of the plate, figure 2 is a diagram of the same device in 3D, figure 3 is a drawing of the lower surface of the faceplate with three zones of fixation of the plates for simultaneous thinning.

Устройство для одностороннего утонения пластин включает шлифовально-полировальный стол 1 с приводом вращения 2, самоустанавливающийся шпиндель 3 с шарнирно закрепленным устройством перемещения шпинделя 4. Шпиндель выполнен в виде планшайбы с зонами фиксации пластин 5 рабочей стороной 6 к поверхности планшайбы 7 через упруго-эластичную прокладку 8. При этом шлифовально-полировальный стол, выполнен в виде планшайбы с кольцевой зоной алмазно-абразивных элементов 9, закрепленных на ее поверхности.The device for one-sided thinning of the plates includes a grinding and polishing table 1 with a rotation drive 2, a self-aligning spindle 3 with a pivotally mounted spindle moving device 4. The spindle is made in the form of a faceplate with zones for fixing the plates 5 with the working side 6 to the surface of the faceplate 7 through an elastic-elastic gasket 8 At the same time, the grinding and polishing table is made in the form of a face plate with an annular zone of diamond-abrasive elements 9 fixed on its surface.

Кроме того, зоны фиксации пластин выполнены из материала 10 с микроотверстиями или порами для подачи вакуума через устройство перемещения шпинделя. Устройство перемещения шпинделя снабжено с одного конца вакуумно-плотными втулками 11, а с другого конца вращающимся вакуумно-плотным цанговым соединителем 12 с вакуумным шлангом 13. На устройстве перемещения шпинделя 4 соосно размещено устройство 14 для обеспечения относительной нагрузи обрабатываемой пластины 5 и алмазного инструмента 9. В частности, устройство нагружения 14 может быть выполнено в виде съемных грузов.In addition, the fixation zones of the plates are made of material 10 with micro holes or pores for supplying a vacuum through the spindle moving device. The spindle moving device is provided with vacuum tight bushings 11 at one end and a vacuum tight tight collet connector 12 with a vacuum hose 13 at the other end. A device 14 is coaxially mounted on the spindle moving device 4 to provide relative loading of the work plate 5 and diamond tool 9. In particular, the loading device 14 can be made in the form of removable loads.

В заявляемом устройстве шпиндель может быть выполнен в виде планшайбы с различным количеством зон фиксации пластин. В частности, на фиг.1, 2 приведена схема устройства с одной зоной фиксации пластины 5 рабочей стороной 6 к поверхности планшайбы 7 через упруго-эластичную прокладку 8, а на фиг.3 показан чертеж поверхности планшайбы 7 с тремя зонами фиксации 15.In the inventive device, the spindle can be made in the form of a face plate with a different number of zones of fixation of the plates. In particular, figure 1, 2 shows a diagram of a device with one zone of fixation of the plate 5 with the working side 6 to the surface of the faceplate 7 through an elastic-elastic gasket 8, and figure 3 shows a drawing of the surface of the faceplate 7 with three zones of fixation 15.

Работа устройства заключается в следующем. Фиксируют пластину 5 рабочей стороной 6 к поверхности планшайбы 7 в зонах фиксации через упруго-эластичную прокладку 8. Упруго-эластичная прокладка 8 служит, во-первых, для исключения механического повреждения рабочей поверхности пластины в процессе ее утонения, во-вторых, для обеспечения улучшения адгезии рабочей стороны пластины к поверхности планшайбы шпинделя, а в-третьих, для уменьшения динамических нагрузок на пластины.The operation of the device is as follows. The plate 5 is fixed with the working side 6 to the surface of the faceplate 7 in the fixation zones through an elastic-elastic gasket 8. The elastic-elastic gasket 8 serves, firstly, to exclude mechanical damage to the working surface of the plate during its thinning, and secondly, to provide improvement adhesion of the working side of the plate to the surface of the spindle face plate, and thirdly, to reduce the dynamic loads on the plate.

Устанавливают шпиндель 3 с закрепленными пластинами 5 на шлифовально-полировальный стол 1, выполненный из кольцевой зоны алмазно-абразивных элементов 9. Нагружают шпиндель с закрепленными пластинами и включают привод вращения 2 шлифовально-полировального стола 1 с одновременным включением подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону шлифования и/или полирования пластин 5. Под действием нагрузки обрабатываемых пластин 5 на шлифовально-полировальный инструмент 1, относительного перемещения пластин и инструмента и сил трения происходит утонение пластин за счет удаления части материала пластин.Install the spindle 3 with the fixed plates 5 on the grinding and polishing table 1, made of the annular zone of the diamond-abrasive elements 9. Load the spindle with the fixed plates and turn on the rotation drive 2 of the grinding and polishing table 1 while turning on the supply of cutting fluid (coolant) to the grinding and / or polishing zone of the plates 5. Under the influence of the load of the processed plates 5 on the grinding and polishing tool 1, the relative movement of the plates and the tool and the friction forces occur t thinning plates by removing part of the material of the plates.

После удаления заданного припуска материала, то есть достижения необходимых геометрических размеров пластины осуществляют уменьшение скорости вращения шпинделя и нагрузки на обрабатываемые пластины до полной остановки.After removing the specified material allowance, that is, achieving the necessary geometrical dimensions of the plate, the spindle rotation speed and the load on the processed plate are reduced to a complete stop.

Использование в качестве шлифовально-полировального стола инструмента, выполненного в виде кольцевой зоны из связанных алмазно-абразивных элементов в виде таблеток, обеспечивает повышение производительности процесса шлифования-полирования и улучшение качества обработки поверхности пластин за счет уменьшения глубины нарушенного слоя и улучшения геометрических параметров обрабатываемой поверхности пластин.Using a tool made in the form of an annular zone of bonded diamond-abrasive elements in the form of tablets as a grinding and polishing table provides an increase in the productivity of the grinding-polishing process and an improvement in the quality of processing the surface of the plates by reducing the depth of the broken layer and improving the geometric parameters of the processed surface of the plates .

Кроме того, использование указанного связанного алмазно-абразивного инструмента в сочетании с применением упруго-эластичных прокладок при фиксации обрабатываемых пластин обеспечивает улучшение геометрических параметров пластин за счет уменьшения удельных нагрузок в зоне обработки и обеспечения равномерного распределения нагрузки по поверхности пластин и исключения деформации пластин при их вакуумной фиксации и исключения операции приклеивания пластин.In addition, the use of the specified bonded diamond-abrasive tool in combination with the use of elastic-elastic gaskets for fixing the processed plates provides an improvement in the geometric parameters of the plates by reducing the specific loads in the processing zone and ensuring uniform load distribution over the surface of the plates and eliminating the deformation of the plates during their vacuum fixing and eliminating the operation of gluing plates.

В таблице 1 приведены сравнительные показатели процесса утонения сапфировых пластин с помощью устройства-прототипа, в котором шлифование осуществлялось алмазной пастой, и заявляемого устройства, в котором шлифование проводилось пористым связанным алмазным инструментом РТ50Р1.Table 1 shows the comparative indicators of the process of thinning sapphire plates using the prototype device in which grinding was carried out with diamond paste, and the inventive device in which grinding was carried out with a porous bonded diamond tool PT50P1.

Таблица 1Table 1 Сравнительные показатели процесса утонения сапфировых пластинComparative indicators of the process of thinning sapphire plates ПоказательIndicator УстройствоDevice прототипprototype заявляемоеclaimed Время крепления пластины, минPlate fastening time, min 4545 1one Удельный съем материала, мкм/минSpecific material removal, μm / min 55 1212 Шероховатость поверхности, Ra, мкмThe surface roughness, Ra, microns 0,360.36 0,240.24 Разнотолщинность пластины после утонения, мкмThe thickness of the plate after thinning, microns 55 22 Выход годных изделий, %Product yield,% 9292 99,899.8

Предлагаемое устройство за счет обеспечения равномерного распределения нагрузки по поверхности пластин и исключения деформации пластин при их вакуумной фиксации путем исключения операции приклеивания пластин, а также за счет уменьшения динамических нагрузок на пластины и уменьшения глубины нарушенного слоя с использованием связанного пористого алмазно-абразивного инструмента позволяет обеспечить следующие преимущества:The proposed device by ensuring uniform distribution of the load on the surface of the plates and eliminating the deformation of the plates during their vacuum fixation by eliminating the operation of gluing the plates, as well as by reducing the dynamic loads on the plates and reducing the depth of the broken layer using a bonded porous diamond-abrasive tool advantages:

- повысить производительность процесса утонения пластин до 50-75%;- increase the productivity of the process of thinning plates up to 50-75%;

- увеличить выход годных изделий;- increase the yield of products;

- улучить геометрические параметры пластин.- improve the geometric parameters of the plates.

Источники информацииInformation sources

1. Мухина Е.П. Технология утонения ультратонких полупроводниковых пластин // Электроника НТБ, №3, 2009 г.1. Mukhina E.P. Technology of thinning of ultrathin semiconductor wafers // Electronics NTB, No. 3, 2009

2. Устройство одностороннего утонения пластин. - Полезная модель №38665, МПК⁷ В24В 37/04, опубликовано 10.07.2004 г.2. The device is one-sided thinning plates. - Utility model No. 38665, IPC ⁷ V24V 37/04, published July 10, 2004

Claims (2)

1. Устройство для одностороннего утонения пластин путем шлифования и/или полирования, содержащее шлифовально-полировальный стол с приводом вращения, самоустанавливающийся шпиндель с шарнирно закрепленным устройством перемещения шпинделя, отличающееся тем, что шпиндель выполнен в виде планшайбы с зонами фиксации пластин рабочей стороной к поверхности планшайбы через упруго-эластичную прокладку, а шлифовально-полировальный стол выполнен в виде планшайбы с кольцевой зоной алмазно-абразивных элементов, закрепленных на ее поверхности.1. Device for one-sided thinning of the plates by grinding and / or polishing, comprising a grinding and polishing table with a rotary drive, a self-aligning spindle with a pivotally mounted spindle moving device, characterized in that the spindle is made in the form of a faceplate with zones for fixing the plates with the working side to the surface of the faceplate through an elastic-elastic gasket, and the grinding and polishing table is made in the form of a face plate with an annular zone of diamond-abrasive elements mounted on its surface. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зоны фиксации пластин выполнены из материала с микроотверстиями или порами для подачи вакуума через устройство перемещения шпинделя, причем устройство перемещения шпинделя имеет с одного конца вакуумно-плотные втулки, а с другого - вращающийся вакуумно-плотный цанговый соединитель с вакуумным шлангом. 2. The device according to claim 1, characterized in that the fixation zones of the plates are made of material with microholes or pores for supplying vacuum through the spindle moving device, the spindle moving device having vacuum-tight bushings at one end and rotating vacuum tight collet connector with a vacuum hose.

Images