雙面精研機工作原理

雙面精研機能避免由夾具的粘結(jié)誤差及薄片工件兩面的應(yīng)力差引起的變形問題。具體如《雙面精研機結(jié)構(gòu)原理圖》所示。研磨的工件放在工件行星輪內(nèi)，上下均有研磨盤。研磨墊固定在上研磨盤和下研磨盤的表面，被加工晶片放在由中心齒輪和內(nèi)齒圈組成的差動輪系內(nèi)。研磨壓力則由氣缸加壓上研磨盤實現(xiàn)。為減少研磨時晶片所受的作用力，一般使上研磨盤和下研磨盤分別以大小相等、方向相反的角速度旋轉(zhuǎn)。晶片的運動由行星輪帶動，同時上、下研磨盤研磨壓力的作用下產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，因此晶片的運動是行星運動和自轉(zhuǎn)運動的合成運動。

雙面精研機主要用于硅片、石英晶體、玻璃、陶瓷、藍寶石、砷化鎵、鈮酸鋰等零件的精研雙面加工，也適用于閥板、閥片、光導(dǎo)纖維、計算機儲存盤及其他片狀金屬、非金屬零件的精研雙面加工。

該設(shè)備的主要特點是四驅(qū)動雙面精研，上、下金剛石磨盤作相反方向轉(zhuǎn)動，工件在載體內(nèi)作既公轉(zhuǎn)且自轉(zhuǎn)的游星運動，上、下面同時均勻磨削，游星輪自轉(zhuǎn)方向可以改變。上、下研磨盤的平面度可以自動修正，研磨量由計時控制，電機變頻調(diào)速，啟停平穩(wěn)，并能選擇理想的磨削速度，研磨壓力分輕、重、輕無級可調(diào)。本機型另有高檔配置，帶自動測量控制，金剛石研磨盤供用戶選擇。

雙面精研機國外開發(fā)狀況

國外精密單面游離磨料研磨機生產(chǎn)商主要有Engis公司、Logiteeh公司、英國Lapmaster International公司、日本Hitechnoth公司和德國愛孚機械制造公司等。Engis公司是世界上平面研磨、拋光加工的技術(shù)領(lǐng)先者，總部設(shè)于美國，在日本、加拿大、英國、韓國、新加坡、香港均設(shè)有分公司。其中Engis Hyprez flat lapping machines適合于金剛石磨料研磨，預(yù)設(shè)工廠常用速度：可實現(xiàn)0-440RPM無級變速；2級壓力控制，慢停慢啟動功能，可以加工各種晶體、半導(dǎo)體基片等。例如：加工GaN 6小時后表面粗糙度可達Ra 0.39 nm；加工YAG90分鐘后表面粗糙度可運Ra 0.40 nm，Rt 4.40 nm，平面度為1 50nm/1 5ram。

英國Logitech公司有40多年的研磨拋光經(jīng)驗，它生產(chǎn)的系列桌面CMP拋光設(shè)備具有很高的精度，拋光GaAr的平面度為5級條紋，表面粗糙度Ra 達到3-4nm，厚度可以控制在±2μm到100μm，平行度為±2μm。DH系列拋光設(shè)備還帶有自動化的研磨頭(45KG)、自動加載系統(tǒng)和上下工件系統(tǒng)。PM5自動研磨拋光機，裝有研磨盤平面度自動監(jiān)控和調(diào)整系統(tǒng)，可將研磨盤的平面度自動修正到操作者所期望的范圍內(nèi)，誤差為1μm，極大的降低了人工修正的時間，提高了工作效率。

日本Hitechnoth公司能生產(chǎn)非常小型的桌式研磨機，用于晶片的精密研磨加工。HIT-12B型單面研磨機可配置的研磨盤直徑范圍為300mm~380mm，可同時加工三塊晶片，主軸轉(zhuǎn)速0~60rpm，加載力為靜載荷，系統(tǒng)自動控制研拋時間，最大的的特點是該型機器非常的輕便，機器總重量只有60kg，非常便于搬運。HIT-24P-H4單面拋光機拋光盤的直徑為610mm，具有4個工件軸，可同時拋光四個工件，工件的最大直徑可達23 0ram，工作區(qū)以透明玻璃密封，控制面板采用LED觸摸屏，操作非常方便。整機重1 500kg，搬運有些不便。

雙面精研機國內(nèi)開發(fā)狀況

國內(nèi)研究與開發(fā)超精密平面研磨拋光設(shè)備的研究機構(gòu)主要有中國航 空精密機械研究所、浙江工業(yè)大學(xué)、長春理工大學(xué)、中科院人工晶體研發(fā)中心、南京航空航天大學(xué)等。生產(chǎn)超精密平面研磨拋光設(shè)備的公司主要有上海日進機床有限公司、上海菜特門機械有限公司、北京奧美創(chuàng)新機電科技有限公司、深圳宏達高精度平面研磨拋光設(shè)備有限公司、深圳市納諾斯精密機械技術(shù)有限公司等。

目前代表國內(nèi)最高水平的北京中國航空精密機械研究所(超精密加工技術(shù)國防科技重點實驗室)80年代研制的龍門結(jié)構(gòu)式CJY-500超精密平面研磨機床，上下研磨盤用靜壓油缸推動上磨盤運動，軸向重復(fù)定位精度優(yōu)于0.2μm。在研磨機床上配有金剛石切削機構(gòu)，可以對研磨盤進行加工。磨盤用金屬錫制成時加工平面度可達0.03μm．工件表面粗糙度達0.3nm。

浙江工業(yè)大學(xué)研究的臺式智能型納米級拋光機除采用了常規(guī)的修正環(huán)在線修整裝置、偏心載荷修整工件的平行度外，附加了最佳加工工藝參數(shù)專家數(shù)據(jù)庫控制系統(tǒng)和超精密光柵測控技術(shù)控制拋光盤轉(zhuǎn)數(shù)等技術(shù)。通過修正環(huán)的旋轉(zhuǎn)可以實時連續(xù)的對研磨盤、拋光盤的平面度進行修整，可用于硅片、鈮葭鋰基片、鉭酸鋰基片、石英晶體等平面晶體工件的加工。

長春理工大學(xué)則生產(chǎn)了高速(固結(jié)磨料)平面研磨機．主要用于透鏡的精磨加工。中科院人工晶體研發(fā)中心高宏剮等人研制了FP500型超精密錫磨盤平面研拋機，機床的主體結(jié)構(gòu)例似于小型立 車與立式端面磨床的合成，具有超精密車削與超精密研拋兩大功能，可以方便地進行基于多種基本原理的超光滑研拋研究。

今后，雙面精研機將朝著高精度、 高效率的方向發(fā)展，這一趨勢體現(xiàn)在2個方面： 其一是超精密復(fù)合加工方法的出現(xiàn)，如化學(xué)機械拋光、 電解磁力研磨、 超聲珩磨等，通過多種材料去除機理的協(xié)調(diào)作用提高加工精度和加工效率； 其二是半固著磨粒加工技術(shù)的出現(xiàn)，如日本秋田縣里大學(xué)吳勇波教授提出的磁性拋光體(Magnet ic Compound Fluid Polishing Tool)拋光技術(shù)和本課題組提出的半固著磨粒加工技術(shù)。 前者的加工工具是將磁性復(fù)合流體(MCF)和磨粒粒子、 植物纖維素均勻混合后在磁場條件下壓縮后制得，在磁場下呈半固態(tài)。后者的加工工具是采用特殊的結(jié)合劑和制作方法制得，加工過程中磨具對磨粒的約束介于固著磨粒加工和游離磨粒加工之間。2100433B