[發明專利]一種凸輪驅動磁體式磁流變流體動壓拋光裝置及拋光方法

有效

• 申請號: 201710094137.1
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106826411B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 路家斌;梁華卓;湯彪
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B29/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明公開了一種凸輪驅動磁體式磁流變流體動壓拋光裝置及拋光方法，包括拋光盤轉動機構、凸輪驅動機構、工件夾持機構和磁流變拋光液，所述拋光盤轉動機構包括第一主軸、軸蓋、拋光盤托盤和拋光盤，所述拋光盤的上表面沿圓周方向設有多個楔形結構，所述凸輪驅動機構包括設置拋光盤托盤內的第一軸承、凸輪盤、磁體組、彈簧以及設置在第一主軸內的第二主軸、第二軸承和軸套；所述工件夾持機構包括工件盤和固定在工件盤底部的工件；本發明通過凸輪形式驅動磁鐵沿拋光盤徑向運動實現柔性拋光墊的實時修復，結合拋光盤面的楔形結構產生的流體動壓力實現對拋光件的高效率超光滑均勻性拋光加工，打磨均勻、效率高、效果好。

技術領域

本發明涉及超精密加工技術領域，尤其涉及一種用于光電子/微電子半導體基片及光學元件的平面平坦化加工的凸輪驅動磁體式磁流變流體動壓拋光裝置及拋光方法。

背景技術

隨著信息電子化的社會發展，半導體材料作為高性能微電子元器件應用愈發廣泛，如單晶硅、氧化鋁、鈦酸鍶和單晶碳化硅等電子陶瓷材料的需求越來越大。一般半導體晶片制造要經過切片、研磨、拋光等工序，要達到良好的使用性能，其表面精度需要達到超光滑程度，面型精度也有較高要求，以 LED外延藍寶石襯底為例，一般要求總厚度偏差小于10μm、表面總平整度小于10μm、表面粗糙度Ra小于0.05μm。因此半導體材料的制造越來越依賴研磨拋光技術來滿足其生產要求。

磁流變拋光技術(Magnetorheological finishing,MRF)是20世紀90年代由KORDONSKI及其合作者將電磁學、流體動力學、分析化學、加工工藝學等相結合而提出的一種新型的光學表面加工方法，具有拋光效果好、不產生次表面損傷、適合復雜表面加工等傳統拋光所不具備的優點，已發展成為一種革命性光學表面加工方法，特別適合軸對稱非球面的超精密加工，廣泛應用于大型光學元件、半導體晶片、LED基板、液晶顯示面板等的最后加工工序。磁流變拋光技術是利用磁流變拋光液在梯度場中發生流變表現為類似固體的性質而形成的具有黏塑行為的柔性“小磨頭”,當與工件之間具有快速的相對運動時，工件表面受到很大的剪切力，從而使工件表面材料被去除。但磁流變拋光屬于柔性加工，材料去除率低，加工精度難以保證。

為了提高磁流變的拋光效率，專利CN200610132495.9基于磁流變拋光原理和集群作用機理提出了一種基于磁流變效應的研磨拋光方法及其拋光裝置，并開展了大量的試驗研究，卻發現利用拋光液循環方式難以實現“微磨頭”的持續更新和凸起使工件加工均勻性問題難以解決。

針對加工均勻性的問題，專利CN201510801886.4提出了一種動態磁場自銳的磁流變柔性拋光墊發生裝置及其拋光方法，完好地實現了磁流變柔性拋光墊在加工過程中對工件的恒壓力加工，并且能使磨料在加工過程中實時更新自銳，但是由于該專利中裝置結構的限制，導致磁流變效應產生的“微磨頭”間距較大，在加工過程中工件空行程較長，影響了加工效率和加工性能，而且需要改變磁場強度時要拆卸拋光盤進行永磁體更換，步驟比較繁瑣。

本發明在上述深入研究的基礎上，提出一種凸輪驅動磁體式磁流變流體動壓拋光裝置及其拋光方法，優化結構，以凸輪驅動的形式驅動磁鐵組實現磁場的范圍的改變，使磨料在加工過程中實現實時更新，配合流體動壓原理，改善了磁流變柔性拋光墊加工性能，提高磁流變的拋光效率，實現工件的均勻加工。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、加工性能好、效率高、加工均勻性好的凸輪驅動磁體式磁流變流體動壓拋光裝置。

本發明的另一目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于上述拋光裝置的拋光方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：