close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 08319

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8319
(13) C1
(19)
(46) 2006.08.30
(12)
7
(51) B 24B 7/00
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ ПЛАСТИН
(21) Номер заявки: a 20020695
(22) 2002.08.14
(43) 2004.03.30
(71) Заявитель: Научно-производственное
республиканское унитарное предприятие "КБТЭМ-СО" (BY)
(72) Авторы: Завада Константин Иванович; Колядко Николай Сергеевич;
Лашин Александр Владимирович;
Масленков Виталий Федорович;
Школык Святослав Борисович (BY)
(73) Патентообладатель: Научно-производственное республиканское унитарное
предприятие "КБТЭМ-СО" (BY)
(56) US 4583325, 1986.
SU 973312, 1982.
SU 299333, 1971.
SU 282089, 1970.
SU 1114526 A, 1984.
SU 1002139, 1983.
SU 1703401 A1, 1992.
BY 8319 C1 2006.08.30
(57)
1. Устройство для шлифования пластин, включающее корпус с направляющими, установленную на этих направляющих подвижную каретку с двумя предметными столами для
крепления пластин и расположенный над поверхностями предметных столов шпиндель,
несущий шлифовальный инструмент чашкообразной формы с кольцеобразным торцом
для обработки пластин, отличающееся тем, что предметные столы регулируются по высоте независимо друг от друга с возможностью менять расстояния между кольцеобразным
торцом шлифовального инструмента и поверхностью каждого предметного стола, а каретка установлена на прямолинейных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия при ее перемещении пластин, расположенных на
Фиг. 3
BY 8319 C1 2006.08.30
обоих предметных столах, одновременно с двумя диаметрально противоположными частями кольцеобразного торца шлифовального инструмента, расположенными по ходу возвратно-поступательного перемещения предметных столов, причем с пластиной, расположенной на одном из предметных столов, - с наружной, а с пластиной, расположенной на
другом предметном столе, - с внутренней режущими кромками кольцеобразного торца
шлифовального инструмента, ось которого перпендикулярна поверхностям предметных
столов, при этом внутренний диаметр кольцеобразного торца шлифовального инструмента больше диаметра пластины, а межцентровое расстояние предметных столов равно сумме величин внутреннего диаметра и ширины кольцеобразного торца шлифовального инструмента.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что предметные столы установлены с возможностью независимого друг от друга вращения.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что поверхность каждого предметного
стола выполнена с возможностью закрепления нескольких пластин, при этом внутренний
диаметр кольцеобразного торца шлифовального инструмента больше диаметра окружности, описанной вокруг этих пластин.
Изобретение относится к области обработки шлифованием неметаллических материалов, а именно к шлифованию полупроводниковых пластин, и может быть использовано в
электронной промышленности.
Известно устройство для шлифования пластин, содержащее корпус с круговыми направляющими, установленную на этих направляющих подвижную однонаправленную поворотную каретку с четырьмя предметными столами для крепления пластин и расположенные над поверхностями столов два шпинделя шлифовальных инструментов чашеобразной формы с кольцеобразными торцами для обработки пластин (см. пат. ЕР № 1 107 289,
А2, МПК H 01L 21/00).
Это устройство обладает сравнительно невысокой точностью шлифования, так как
шлифовальный инструмент при обработке взаимодействует с пластиной только одной частью кольцеобразного торца, в то время как другая его диаметрально противоположная
часть никакого взаимодействия не испытывает, а это приводит к изгибным деформациям
вала шпинделя от действия неуравновешенной силы шлифования и к перекосу кольцеобразного торца шлифовального инструмента, который вследствие деформации оставляет на
пластине выпуклую обработанную поверхность (центр пластины выше ее краев).
Наиболее близким по технической сущности является устройство для шлифования
пластин, содержащее корпус с круговыми направляющими, установленную на этих направляющих подвижную однонаправленную поворотную каретку, по меньшей мере, с одним предметным столом для крепления пластины и расположенный над поверхностью
предметного стола, по меньшей мере, один шпиндель, несущий шлифовальный инструмент чашеобразной формы с кольцеобразным торцом для обработки пластин, причем ось
шпинделя наклонена и шпиндель регулируется по высоте, обеспечивая возможность менять расстояние между кольцеобразным торцом и поверхностями предметных столов (см.
пат. США № 4, 583, 325 по кл. В 24В 9/00).
В этом устройстве в связи со шлифованием пластины только одной частью кольцеобразного торца инструмента, а под другой диаметрально противоположной частью кольцеобразного торца шлифовального инструмента пластина "проходит" без обработки, что
снижает производительность шлифования. Это особенно сказывается при увеличении
числа столов, так как потери производительности на каждом столе складываются.
Такое шлифование одной частью шлифовального инструмента приводит к тому, что
авторы прототипа вынуждены наклонить его ось на угол θ, равный 1°…2° (см. фиг. 5 пат.
США № 4, 583, 325), в противном случае, за счет изгибных деформаций вала шпинделя,
2
BY 8319 C1 2006.08.30
диаметрально противоположная часть кольцеобразного торца опустится ниже рабочей
части шлифовального инструмента и будет повреждать "проходящую" под ней уже обработанную поверхность пластины.
Этот вынужденный наклон приводит к тому, что шлифовальный инструмент оставляет на пластине вогнутую цилиндрическую обработанную поверхность, где средняя линия
пластины ниже ее краев по ходу движения, т.е. к неточности шлифования. Кроме того, вся
нагрузка шлифования ложится на наружную режущую кромку, а остальная часть кольцеобразного торца не работает, что приводит к снижению стойкости инструмента.
То, что глубина шлифования у прототипа определяется регулировкой шпинделя шлифовального инструмента по высоте и все пластины, имеющие неодинаковую исходную
толщину, обрабатываются в один размер за счет снятия разного слоя шлифования, - все
это приводит к разным динамическим нагрузкам, и пластины после обработки имеют разные внутренние напряжения, причем пластины, имеющие в партии пластин самую большую исходную толщину, после шлифования будут иметь самые большие в партии пластин внутренние напряжения и в итоге самое низкое в партии пластин качество. Кроме
того, при обработке пластин, имеющих самую большую в партии пластин исходную толщину, увеличивается износ инструмента и снижается его стойкость.
Перемещение предметных столов с пластинами относительно вращающегося шлифовального инструмента у прототипа осуществляется при движении поворотной каретки по
дуге большого радиуса, а это приводит к образованию на обработанных поверхностях
пластин направления шероховатости в виде параллельных дуг, т.е. неодинаковой шероховатости в различных направлениях. Эти параллельные дуги представляют из себя микроцарапины, оставленные алмазными зернами шлифовального инструмента. Вдоль этих царапин концентрируются поверхностные напряжения, создавая линии напряжений,
повышающих вероятность разрушения пластин. Таким образом, параллельное направление шероховатости ухудшает качество поверхности, которое характеризует низкое качество шлифования.
Каждый предметный стол прототипа конструктивно выполнен с возможностью закрепления на его поверхности только одной пластины, что не позволяет проводить групповую обработку нескольких пластин на каждом предметном столе и приводит к снижению
производительности шлифования.
Целью настоящего изобретения является повышение производительности и точности
шлифования, увеличение стойкости инструмента.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для шлифования пластин, включающем корпус с направляющими, установленную на этих направляющих подвижную каретку с двумя предметными столами для крепления пластин и расположенный
над поверхностями предметных столов шпиндель, несущий шлифовальный инструмент
чашеобразной формы с кольцеобразным торцом для обработки пластин, каретка установлена на прямолинейных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия при ее перемещении пластин, расположенных на обоих
предметных столах, одновременно с двумя диаметрально противоположными частями
кольцеобразного торца шлифовального инструмента, расположенными по ходу возвратнопоступательного перемещения предметных столов, причем с пластиной, расположенной
на одном из предметных столов, - с наружной, а с пластиной, расположенной на другом
предметном столе, - с внутренней режущими кромками кольцеобразного торца шлифовального инструмента, ось которого перпендикулярна поверхностям предметных столов,
при этом внутренний диаметр кольцеобразного торца шлифовального инструмента больше диаметра пластины, а межцентровое расстояние предметных столов равно сумме величин внутреннего диаметра и ширины кольцеобразного торца шлифовального инструмента
чашеобразной формы.
3
BY 8319 C1 2006.08.30
С целью повышения качества шлифования и увеличения стойкости шлифовального
инструмента предметные столы регулируются по высоте, независимо друг от друга, с возможностью менять расстояние между кольцеобразным торцом шлифовального инструмента и поверхностью каждого предметного стола, кроме того, предметные столы установлены с возможностью независимого друг от друга вращения и одновременного
взаимодействия кольцеобразного торца шлифовального инструмента с пластинами, расположенными на поверхностях этих столов при возвратно-поступательном перемещении
каретки, - что также служит цели повышения качества шлифования.
С целью повышения производительности шлифования поверхность каждого предметного стола выполнена с возможностью закрепления нескольких пластин, при этом внутренний диаметр кольцеобразного торца шлифовального инструмента больше диаметра
окружности, описанной вокруг этих пластин.
Таким образом, это взаимодействие пластин, расположенных на обоих предметных
столах одновременно с двумя диаметрально противоположными частями кольцеобразного
торца шлифовального инструмента, позволяет осуществить высокопроизводительное и
точное шлифование с высокой стойкостью инструмента. Кроме этого, независимое регулирование предметных столов по высоте для изменения расстояния между поверхностями
этих столов и кольцеобразным торцом шлифовального инструмента позволяет повысить
качество шлифования и увеличить стойкость инструмента.
Возможность вращения поверхностей предметных столов одновременно с возвратнопоступательным перемещением каретки и взаимодействия с кольцеобразным торцом
шлифовального инструмента также повышает качество шлифования.
А возможность закрепления на поверхности каждого предметного стола нескольких
пластин позволяет повысить производительность шлифования.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить
соответствие его критерию "Новизна".
При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выяснены и потому
они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".
Сущность изобретения поясняется рисунками,
где на фиг. 1 приведен общий вид устройства для шлифования пластин;
на фиг. 2 приведен продольный разрез устройства для шлифования пластин;
на фиг. 3 приведена схема взаимодействия шлифовального инструмента с двумя предметными столами.
Устройство для шлифования пластин включает корпус 1 (см. фиг. 1 и фиг. 2), конструктивно выполненный в виде портала, прямолинейные направляющие 2, установленную
на этих направляющих каретку 3 с двумя предметными столами 4, шпиндель 6 и шлифовальный инструмент чашеобразной формы 7.
Каждый предметный стол 4 выполнен универсальным и предназначен для крепления
всех пластин 5, вписывающихся своим размером в контур его поверхности. Оба предметных стола 4 установлены на каретке 3, которая в свою очередь установлена на прямолинейных направляющих 2, с возможностью возвратно-поступательного перемещения.
Шпиндель 6 установлен перпендикулярно поверхностям предметных столов 4.
Предметные столы 4, каждый в отдельности и независимо друг от друга, регулируются по высоте так, что меняются расстояния от поверхности каждого предметного стола 4
до кольцеобразного торца 8 (см. фиг. 3) шлифовального инструмента 7.
Внутренний диаметр D кольцеобразного торца 8 шлифовального инструмента 7 выбран конструктивно таким, что он больше диаметра d пластины 5, т.е. имеет место неравенство, выражающееся формулой:
D > d.
4
BY 8319 C1 2006.08.30
Межцентровое расстояние А предметных столов 4 конструктивно выбрано таким, что
оно равно сумме величин внутреннего диаметра D и ширины W кольцеобразного торца 8
шлифовального инструмента 7, и эта зависимость выражается формулой:
А = D + W.
Устройство работает следующим образом. На двух предметных столах 4 закрепляются
две полупроводниковые пластины 5, причем на каждом столе 4 - одна полупроводниковая
пластина 5.
Оба стола 4 отрегулированы по высоте так, что расстояние между поверхностью каждого предметного стола 4 и кольцеобразным торцом 8 шлифовального инструмента 7
больше толщины каждой из пластин 5.
Затем каретка 3, несущая предметные столы 4, перемещается на скорости холостого
хода по направляющим 2 до совмещения оси одного из столов 4 с осью шпинделя 6
(фиг. 2). Этот стол при этом сохраняет свою первоначальную регулировку по высоте, а
значит, пластина 5 "проходит" под кольцеобразным торцом 8 шлифовального инструмента 7 без взаимодействия, т.е. не обрабатывается, не шлифуется.
После совмещения оси одного из столов 4 с осью шпинделя 6 столы 4 регулируются
по высоте - поднимаются вверх, уменьшая расстояние между поверхностями столов 4 и
кольцеобразным торцом 8 шлифовального инструмента 7 на заранее заданную для каждого стола 4 величину - устанавливаются глубины первого шлифования, первого рабочего
хода для каждого стола 4. Так как внутренний диаметр D кольцеобразного торца 8 шлифовального инструмента 7 больше диаметра d пластины 5, то при подъеме вверх кольцеобразный торец 8 не будет касаться пластины 5 стола 4, совмещенного с осью шпинделя
6, т.е. пластина 5 первого стола 4 оказалась внутри контура кольцеобразного торца 8.
С учетом конструктивных соотношений, выражающихся формулами:
A = D + W,
D > d,
расстояние L между ближайшими краями пластин можно определить из
А = d/2 + L + d/2 = d + L, отсюда d + L = D + W, следовательно, L - W = D - d, а так как
D > d, то D - d > 0, тогда и L - W > 0, т. e. L > W.
Из этих соотношений видно, что и пластина 5' стола 4', который первоначально оказался несоосным оси шпинделя, т.е. снаружи контура кольцеобразного торца 8, при подъеме вверх не касается кольцеобразного торца 8.
После окончания установки глубины первого шлифования - каретка 3 на скорости рабочей подачи первого шлифования перемещается по направляющим 2 до совмещения оси
второго стола 4' с осью шпинделя 6, т.е. второй стол 4' занимает место первого. И во время этого перемещения шлифовальный инструмент 7 чашеобразной формы вращается
шпинделем 6, осуществляя на каждой пластине 5 одновременно первое шлифование, при
этом пластина 5 шлифуется внутренней кромкой 8в (см. фиг. 3) кольцеобразного торца 8,
а пластина 5' - наружной, диаметрально противоположной, кромкой 8н.
По окончании первого шлифования столы 4 снова регулируются по высоте на глубину
второго шлифования. После окончания второго регулирования каретка 3 на скорости рабочей подачи второго шлифования перемещается по направляющим 2 в другую сторону противоположную направлению первого шлифования, до совмещения оси первого стола 4
с осью шпинделя 6, при этом пластина 5 шлифуется наружной кромкой 8н, а пластина 5' внутренней кромкой 8в кольцеобразного торца 8. По окончании второго шлифования столы 4 снова регулируются по высоте. И так продолжается до тех пор, пока сумма глубин
всех шлифований не достигнет заранее заданной необходимой величины глубины шлифования.
Использование предлагаемого устройства позволит повысить производительность
шлифования примерно в два раза, так как одним шлифовальным инструментом 7 шлифуются одновременно две пластины 5 и 5'.
5
BY 8319 C1 2006.08.30
По сравнению с прототипом, где всю шлифовальную нагрузку несут алмазные зерна,
расположенные на наружной кромке кольцеобразного торца, в предлагаемом устройстве
шлифовальную нагрузку несут алмазные зерна как наружной 8н, так и внутренней 8в кромок кольцеобразного торца 8, а так как каждая кромка способна обработать примерно
одинаковое количество пластин, то получается, что в предлагаемом устройстве одним инструментом можно обработать в два раза больше пластин, чем в прототипе, т.е. стойкость
инструмента примерно в два раза выше.
Так как ширина кольцеобразного торца 8 мала по сравнению с величиной внутреннего
диаметра D шлифовального инструмента 7, а ось шпинделя 6 перпендикулярна поверхностям столов 4, и каретка 3 движется по прямолинейной направляющей 2, и при этом шлифование осуществляется одновременно двумя диаметрально противоположными частями
кольцеобразного торца 8, то шлифовальный инструмент 7 во время шлифования находится в равновесии от действия диаметрально противоположных сил шлифования, а значит,
плоскость кольцеобразного торца 8 в процессе шлифования остается параллельной поверхностям столов 4, и на пластинах 5 остается обработанная поверхность, также параллельная поверхностям столов 4, т.е. у каждой из пластин 5 обработанная поверхность плоская и параллельна необработанной. Вышесказанное доказывает повышение точности
шлифования в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом, при использовании
которого обработанная поверхность получается не плоская, а вогнуто-цилиндрическая
(средняя линия пластины 5 ниже ее краев по ходу рабочей подачи).
Кроме того, независимое друг от друга регулирование по высоте обоих предметных
столов 4 позволяет шлифование пластин 5 и 5' с разной исходной толщиной осуществлять
с разной глубиной шлифования, причем разницу исходной толщины пластины можно разделить на количество шлифований. В таком случае по сравнению с прототипом, где разница исходной толщины пластины сошлифовывается на первом же рабочем ходе с большой динамической нагрузкой как на пластину с большей исходной толщиной, так и на
шлифовальный инструмент, в предлагаемом устройстве эта динамическая нагрузка
уменьшается во столько раз, сколько всего шлифований в рабочем цикле. А такое снижение не только увеличивает стойкость инструмента, но и снижает внутренние напряжения
в пластине с большей исходной толщиной и в конечном итоге повышает ее качество.
При описанном выше способе шлифования на обработанной поверхности пластин остается направление шероховатости в виде параллельных дуг с радиусом кривизны, равным радиусу кольцеобразного торца шлифовального инструмента, что снижает качество
шлифования.
Для повышения качества шлифования в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, предметные столы во время вышеописанного шлифования имеют дополнительную возможность вращения своих поверхностей с закрепленными на них пластинами 5 и
5'. В результате такого шлифования, когда складываются два движения - плоскопараллельное движение пластин и их вращательное движение, на поверхности пластин образуется шероховатость в виде перекрещивающегося направления.
Такое направление шероховатости представляет из себя "сетку" микроцарапин, оставленных алмазными зернами шлифовального инструмента. Испытания показали, что вероятность разрушения полупроводниковых пластин с перекрещивающимся направлением
шероховатости меньше вероятности разрушения полупроводниковых пластин с параллельным направлением шероховатости.
Для повышения производительности поверхность каждого предметного стола 4 и 4' в
предлагаемом устройстве выполнена съемной, и на ней можно закрепить несколько пластин, размещенных так, что диаметр описанной вокруг этих пластин окружности меньше
внутреннего диаметра кольцеобразного торца шлифовального инструмента. В остальном
шлифование выполняется аналогично описанному выше. В результате повышается производительность шлифования, так как одновременно на каждом столе шлифуется столько
6
BY 8319 C1 2006.08.30
пластин, сколько удалось их разместить в описанной окружности. В этом случае чем
меньше диаметр пластин, тем больше этих пластин шлифуется одновременно на обоих
предметных столах, и тем, следовательно, больше производительность.
Источники информации:
1. Патент ЕР № 1 107 289, А2, МПК H 01L 21/00, 2000.
2. Патент США № 4, 583, 325, МПК В 24В 9/00, 1986.
Фиг. 1
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
133 Кб
Теги
патент, 08319
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа